中温SOFC La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ固体电解质的电性能研究

采用固相反应法制备了La0 .9Sr0 .1Ga0 .8Mg0 .2 O3 -δ(LSGM)固体电解质 ,XRD测试表明 ,经 15 0 0℃煅烧 2 4h后得到LSGM单相结构 ,采用交流阻抗测试技术对La0 .9Sr0 .1Ga0 .8Mg0 .2 O3 -δ的电性能进行了研究 ,结果表明La0 .9Sr0 .1Ga0 .8Mg0 .2 O3 -δ低温区电导率主要取决于晶界电导 ;而在高温区电导率主要取决于晶粒电导。低温下导电率激活能较高为 1.0 9eV ,高温的激活能较低为 0 .8eV。     

凝胶燃烧制备中温固体电解质La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ

本文采用凝胶燃烧法制备La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ固体电解质(LSGM),讨论了溶液浓度、pH值、柠檬酸的加入量、加热温度等工艺条件对成胶的影响,X射线衍射分析表明,凝胶经1400℃煅烧10h制备得到单相粉体,制备的粉体颗粒尺寸平均为150nm.     

BiFeO3-PbTiO3-Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-PbZrO3高温压电陶瓷的电导机制研究

以传统陶瓷工艺制备了0.54BiFeO3-0.26PbTiO3-0.15Bi(Zn1/2Ti1/2) O3-0.05PbZrO3(BF-PT-BZT-PZ)高温压电陶瓷,采用交流阻抗谱技术,结合交流电导率的测试与分析,研究了陶瓷在高温下的电导行为.阻抗谱分析表明陶瓷的绝缘性能由晶粒和晶界共同贡献,其中晶粒激活能为0.75 eV,晶界激活能为1.83 eV.BF-PT-BZT-PZ陶瓷的电学等效电路可以用两个R-CPE并联电路串联构成.高温交流电导率的测试结果表明BF-PT-BZT-PZ的电导率随着温度的上升而增大,高温下其电导机制为离子电导,激活能为0.77 eV,主要载流子类型为氧空位.     

Y,Fe共掺杂SrTiO3混合导体材料电阻抗行为研究

采用溶胶-凝胶法制备了单一立方相钙钛矿结构的Y0.06Sr0.94Ti1-xFexO3-δ(x=0.2,0.3,0.4,0.5)混合导体材料,采用交流阻抗法分析了电子-离子总阻抗的Nyquist图,离子阻抗的Nyquist图和Z~lgf频谱图的特性。结果表明,试样以电子电导为主,阻抗随着Fe掺杂量的增大而逐渐减小;从离子阻抗的Z~lgf频谱可以看出,试样离子传导在晶界有一个弛豫过程,Fe的掺杂降低了Y0.06Sr0.94Ti1-xFexO3-δ的弛豫活化能。试样的总电导率和离子电导率都随着Fe的掺杂量的增大而增大,Y0.06Sr0.94Ti0.5Fe0.5O3-δ的总电导率和离子电导率分别为0.088~0.15 S·cm-1和0.00023~0.029 S·cm-1。     

A位缺位对SOFC阳极材料La0.6Sr1.4MgMoO6的性能影响

通过柠檬酸低温燃烧法合成了A位缺位的(La06Sr1.4)1-xMgMoO6-δ(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1)固体氧化物燃料电池阳极材料.系统研究了A位缺位量对材料晶体结构、电导率以及电化学性能的影响规律.研究结果表明,A位缺位的LSMM均为双钙钛矿相结构,在5;H2/Ar还原气氛中经1250℃煅烧10 h具有良好的结构稳定性.A位缺位提高了LSMM在空气中的结构稳定性,随着缺位量的增加材料的电子电导率逐渐减小,阳极的极化电阻逐渐减小,电池的功率密度逐渐增加.     

Mg掺杂调制铜铁矿结构CuAlO2多晶的微结构和电热传导

采用固相反应法制备铜铁矿结构的CuAl_1-xMg_xO₂ (x=0、0.005、0.01、0.02、0.03、0.04)多晶,研究了Mg掺杂对CuAlO₂多晶结构和性能的影响。Mg掺杂量x从0增加到0.02,样品均为菱方R3m单相,密度依次提高;所有样品呈半导体的热激活电输运行为,x=0.02样品在室温下的电阻率是未掺杂样品的1/19,热激活能显著下降(x=0时,ρ_{300 K}~5.54 Ω·m,E_a~0.328 eV;x=0.02时,ρ_{300 K}~0.29 Ω·m,E_a~0.218 eV),载流子浓度增加1个量级,主要因为Mg²⁺取代Al³⁺,引入新的受主能级。x>0.02时,MgAl₂O₄尖晶石杂相出现,使其电导率和热导率降低。CuAl_1-xMg_xO₂多晶的晶格热导率在总热导率中占绝对优势,且随温度升高(300~500 K)而下降,晶格热导Callaway模型模拟表明,所有样品的热阻主要源于点缺陷-声子散射。与x=0相比,x=0.02样品的室温热导率增大1倍(κ~13.065 0 W/(m·K)),声速增大,点缺陷-声子散射减弱,分析认为掺Mg形成强的Mg—O键,提高了晶体的弹性模量和声子频率,减弱了本征点缺陷、Mg掺杂引起的质量波动和应变场波动对声子的散射,同时Mg掺杂样品的密度提高也有利于增加热导率。     

Ca0．80Zn0．20Te晶体的生长及性能研究

用本实验室合成的Ca0．80Zn0．20Te多晶料为原料，采用改进的布里奇曼法在镀碳和未镀碳的石英安瓿中生长出Ca0．80Zn0．20Te晶锭。使用X射线衍射仪对合成产物及晶锭进行了分析，生长晶体的X射线衍射峰尖锐，摇摆谱对称，表明晶锭的结晶性能较好；用IRPrestige-21红外光谱仪分析了晶体的红外透射光谱，测试结果表明安瓿镀碳后生长的晶体位错密度小，均匀性较好，电阻率优于未镀碳安瓿生长的晶体；晶体的蚀坑密度在10^3-10^4cm^-2之间，比未镀碳安瓿生长的晶体低1个数量级。     

高分子辅助化学溶液沉积法制备La0.7Sr0.3MnO3/Si薄膜及电磁输运研究

利用高分子辅助化学溶液沉积法在Si(100)衬底上外延生长La0.7Sr0.3MnO3薄膜.并利用X射线衍射仪结果、扫描电子显微镜结果和电阻率-温度曲线(ρ-T曲线)结果、磁电阻(MR)曲线结果对其晶体结构、表面形貌和电磁输运机制进行了研究.结果显示实验制备的La0.7Sr0.3MnO3薄膜为赝立方钙钛矿多晶结构,薄膜表面均匀平滑,结晶性好,晶粒尺寸约为50~70 nm.随着温度降低,薄膜电输运机制从绝缘体行为向转变金属导电行为.金属绝缘转变转变点温度(TMI)随磁场的增加而升高,在0 T和1 T分别为TMI=238K、246 K.电输运测试结果说明,低温(TTMI)时薄膜按照绝热近似的小极化子输运.     

SnO2/TiO2共掺杂氧化钽基固体电解质的制备和性能研究

采用草酸盐共沉淀法制备出具有三斜结构的共掺杂固体电解质Ta1-x-yTixSnyO2.5-δ(x=0.077,y=0～0.053)材料.利用X射线衍射分析、扫描电子显微镜、差热分析、阻抗分析等方法对该固体电解质进行了热性能和电性能分析,研究发现经Sn4+和Ti4+共掺杂之后,将氧化钽基电解质的高温三斜相稳定到了室温,在其结构中因掺杂产生更多氧空位从而提高了氧化钽基电解质的电导率.在973 K条件下,固体电解质Ta0.89Ti0.077Sn0.033O2.5-δ的离子电导率为0.76×10-1S/cm,活化能为0.696 eV,同时该共掺杂固体电解质具有较低的热膨胀系数3.78×10-6 K-1,属于低膨胀材料,具有良好的热稳定性和热循环性能.     

Sr掺杂对Ca3Co4O9基材料热电性能的影响

采用溶胶-凝胶法,结合常压烧结工艺制备了Ca3-xSrxCo4O9(x=0～0.5)热电陶瓷材料,并对材料的热电性能进行了测试。结果表明,Sr掺杂对Ca3Co4O9基材料的热电性能有较大影响。随着掺杂量的增加,电导率逐渐增大,Seebeck系数略有减小。Sr掺杂能显著降低热导率,而且随着掺杂量的增加,热导率的下降幅度逐渐增大。Sr掺杂显著改善Ca3Co4O9材料的热电性能,当掺杂量为0.5时获得最佳热电性能,573 K时Z值达1.07×10-4 K-1。     

溶胶-凝胶法制备纳米La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.5)Mn_(0.5)O_(3-δ)薄膜及其阻抗谱性能的研究

以La(NO3)3、Cr(NO3)3.9H2O、Sr(NO3)2、Mn(NO3)2为原料,用柠檬酸络合溶胶-凝胶法制备了La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ凝胶,在700℃下焙烧2 h得到La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ(LSCM)纯相纳米粉,颗粒呈球形,分散性较好,平均粒径在28 nm左右。将上述粉体、乙基纤维素及松油醇按比例混合,经球磨、加乙醇研磨后制备成具有一定粘稠度的LSCM浆料。采用丝网印刷技术在YSZ片上制成不同厚度的LSCM膜,经1400℃煅烧,制备成厚膜型LSCM质NO2传感器。采用交流阻抗谱技术研究了膜层厚度、工作温度对传感器气敏性能的影响。结果表明:在一定温度条件下,传感器电阻与NO2浓度呈良好的线性关系。在600℃下,刷涂了7层LSCM的传感器线性最佳,灵敏度最高。     

Sr3YCo4-xMgxO10.5+δ(0≤x≤0.04)多晶的制备和热电输运性质研究

采用固相反应法制备Sr3YCo4-xMgxO10.5+δ(0≤x≤0.04)系列多晶,研究了Mg掺杂对体系结构、电输运和热电性质的影响.结果表明系列多晶为四方晶系,由于掺入的Mg2+(0.066 nm)部分替代了Co3+/4+(0.053 nm/0.061 nm),使晶格膨胀;多晶热电势在340~830 K随温度升高而下降,且Mg掺杂对热电势影响不大,表明Mg掺杂对体系载流子浓度影响不大;多晶电阻率在100~300 K随温度升高而降低,且随着掺杂量增加电阻率降低,结合扫描电镜观察到多晶的气孔数目减少、晶粒连接紧密和热电势的结果认为Mg掺杂对体系电输运性质的影响机制主要是使气孔、晶界散射作用减弱、载流子迁移率变大,而Mg掺杂对载流子浓度的影响是次要的.     

La掺杂BaTiO3材料的制备和电性能表征

采用溶胶-凝胶法制备了La掺杂BaTiO3(LBT)材料,通过对其进行X射线衍射、扫描电子显微镜及电导率的研究来讨论La掺杂含量对BaTiO3材料的电性能的影响.结果表明:900℃煅烧LaxBa1-xTiO3(x=0～0.4)粉末能获得单一的钙钛矿结构;La掺杂能明显提高BaTiO3的电导率,当x=0.2时,La02Ba08TiO3(LBT20)材料与Gd掺杂氧化铈Ce0.8Gd0.2O1.9电解质材料具有良好的化学相容性;且LBT20的电导率最大,在800℃还原条件下的电导率大约为0.15 S/cm,是在相同条件下测得的BaTiO3电导率的4倍多,表明LBT20可以作为一种潜在的直接在碳氢燃料下工作的中温固体氧化物燃料电池的阳极材料,但是它的电导率还需进一步提高.     

类钙钛矿Pr1.3Sr0.7Ni0.7-xCu0.3FexO4+δ材料的制备与传导性能研究

以硝酸盐和氧化物为原料,通过甘氨酸-硝酸盐法(GNP)合成出Pr1.3Sr07Ni0.7-xCu0.3FexO4+δ(x=0,0.025,0.05,0.1) (PSNCF)粉体,经压制成形、烧结后得到烧结体样品.采用X射线衍射仪对煅烧后粉体的物相进行分析,利用扫描电子显微镜和能谱仪对样品的微观组织和元素分布进行了表征,采用四端子法和阻塞电极法测量了不同Fe掺杂量烧结体样品的电导率,并对材料的透氧性能进行了测试.实验结果表明,前驱体粉末在1000℃煅烧5h后得到具有四方相的PSNCF粉体.烧结体试样在300 ～ 950℃间的总电导率均在200 S·cm-1以上,且随Fe掺杂含量的增加有所下降;其中,Pr1.3 Sr0.7 Ni0.65 Cu0.3 Fe0.05 O4+δ样品的氧离子电导率在950℃时最大达到0.194 S ·cm-1.另外,随Fe掺杂量增加,PSNCF材料的透氧率增大,950℃下,Fe掺杂量为0.05时(厚1 mm,40;O2-60;N2),透氧率达0.034 mL·cm-2·min-1,为未掺杂样品的3倍.     

Sr掺杂LaFeO3纳米晶光催化活性的研究

采用柠檬酸络合法制备了La1-xSrxFeO3(x=0,0.1,0.3,0.5)的纳米粒子催化剂,采用TG/DTA、XRD、SPM以及比表面仪等技术表征了这些纳米晶的物化性质及微观结构,并研究了其对亚甲基蓝紫外光照射降解的光催化活性。结果表明:所得催化剂均为立方相,原子Sr替代钙钛矿A位La进入晶格中形成有限固溶体;采用Chekcell软件计算精修晶胞参数后,晶胞参数随Sr掺杂量增大而变大,制得催化剂比表面积为90~95m2/g;Sr最佳掺杂量为x=0.5,这时所形成的La0.5Sr0.5FeO3光催化剂经3h光照射后光降解率可达91.88%,比LaFeO3作为光催化剂提高了约27%。掺杂Sr后引起的晶格缺陷和结构缺陷(氧空位)浓度的增加是掺杂Sr后的LaFeO3具有高效光催化活性的主要原因。     

0.6(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.4(Bi0.1Sr0.9)TiO3无铅压电陶瓷的铁电性和阻抗谱研究

采用传统固相法制备了0.6(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.4(Bi0.1Sr0.9)TiO3陶瓷(即6BNT-4BST-9),研究了其相结构、铁电性能和储能特性;且利用复阻抗谱和电模量谱分析了其电性能.结果表明:(1)6BNT-4BST-9陶瓷在室温时具有三方和四方共存的相结构;P-E回线和S-E曲线分析表明陶瓷中由非极性四方相占据主导.(2)6BNT-4BST-9陶瓷具有较大Pmax～18.2μC/cm2,和较小的Pr～1.0μC/cm2;它在低场下的储能特性为W1=0.313 J/cm3,η=85.3;(@40kV/cm).(3)M″-f和(-Z″)-f曲线在同一位置的特征峰表明对于6BNT-4BST-9陶瓷只有一种材料微区对电性能起主导.6BNT-4BST-9陶瓷具有负温度系数的电阻-温度特性;根据Arrhenius Law计算的激活能Ea=1.48 eV,表明该陶瓷具有电子导电特征.     

Ce0.8Sm0.2O2-δ-Ca3Co2O6-δ双相材料的制备及其透氧性能研究

采用共沉淀法和柠檬酸络合法分别制备了Ce0.8Sm0.2O2-δ和Ca3Co2O6-δ粉体,随后通过固相烧结法获得了致密Ce0.8Sm0.2O2-δ-Ca3Co2O6-δ双相透氧膜材料.分别通过X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)对样品的晶体结构和形貌进行了表征.系统研究了双相比例对样品的热膨胀系数、电子电导率和透氧率的影响.实验结果表明该双相材料具有优异的化学稳定性,1150 ℃烧结6 h可以获得致密双相膜.双相膜具有较低的热膨胀系数,为13.47×10-6 ~14.23×10-6 K-1,接近电解质的热膨胀系数值.当离子导电相添加量由40wt;增加到80wt;,双相膜的电导率随之降低,而透氧率随之增大,950 ℃时,质量比为8∶2的Ce0.8Sm0.2O2-δ-Ca3Co2O6-δ双相膜的透氧率达到了2.80×10-7 mol·cm-2·s-1,表明该材料可以作为一种新型双相透氧膜材料用于氧分离.     

Zn1-xMgxZrNb2O8微波介质陶瓷的结构与性能研究

采用传统的固相反应合成法制备了Zn1-xMgx ZrNb2O8(x=0-0.4)微波介质陶瓷.研究了Mg2+的取代量x对Zn1-xMgxZrNb2O8陶瓷的烧结特性、物相组成、显微结构以及微波介电性能的影响.结果表明:Zn1-xMgxZrNb2O8陶瓷的烧结温度随着Mg2+取代量x的增加,略有提升;当x=0-0.3时,体系形成了单相的(Zn,Mg) ZrNb2O8固溶体,而当x=0.4时,体系除了形成(Zn,Mg) ZrNb2O8固溶体外,还有少量未知杂相生成;随着Mg2+的取代量的增加,Zn1-xMgxZrNb2O8陶瓷的微波介电性能呈现不同的变化规律.当x=0.2时,组分为Zn0.8Mg0.2ZrNb2O8的陶瓷在1230℃烧结4h,可获得较佳的微波介电性能:εr=27.55,Q ×f=58731 GHz,τf=-66.7×10-6/℃.     

Pechini法制备(La0.8Sr0.2)2FeNiO6-δ材料以及烧结温度对其NO2敏感性的影响

为开发高性能车载NO2气体传感器敏感电极材料,以La2 O3和Sr、Fe、Ni的硝酸盐、柠檬酸和乙二醇为原料,在pH=8～9的碱性条件采用Pechini法合成了约80～90 nm的复合氧化物(La0.8Sr0.2)2FeNiO6-δ(LSFN)双钙钛矿粉末材料,并对合成工艺中柠檬酸(CA)与金属阳离子(M)的配比进行了研究.采用丝网印刷将其制备成基于氧化钇稳定氧化锆(YSZ)的NO2传感器的敏感电极.运用TG/DTA、XRD、FSEM和ESEM对粉末材料和敏感电极进行了表征,并研究了烧结温度对LSFN敏感电极的NO2敏感性的影响.研究结果表明:适当的柠檬酸与金属阳离子(CA/M)配比可降低材料的成相温度.XRD测试结果表明,LSFN的结构对称性会被烧结温度改变.对不同温度下烧结的LSFN敏感电极在550℃下的NO2敏感性测试结果表明,其敏感性受烧结温度的影响,不同烧结温度下敏感电极形态可调控其NO2敏感性.1300℃烧结的LSFN敏感电极的传感器具有较好的三维网络结构和最薄的电极厚度,表现出最高的NO2敏感性,其灵敏度高达130.17 mV/decade.     

P替代对ZrV2O7介电与电导性能的影响

采用固相烧结法制备ZrV2-xPxO7系列材料,研究了P替代对ZrV2O7介电和电导性能的影响.研究发现,ZrV2-xPxO7系列材料的高频介电常数随着P含量的增加而降低;材料的离子弛豫极化和晶界极化速率随P含量的增加先变大后变小,其介电弛豫时间随P含量的增加先增大再减小,其中ZrV1.6P0.4O7具有最大的介电弛豫时间,为5.63 ×1O-4s.由于P和V离子半径和电负性的差异,P的加入会导致晶格畸变和散射几率变化.室温下,ZrV2-xPxO7系列材料的电导率对P的含量非常敏感,ZrV1.6P0.4O7具有最大电导率,为5.83 ×10-5 S·cm-1.对ZrV1.6P0.4O7进行变温特性测试发现,其活化能为0.19 eV.对ZrV2-xPxO7系列材料的电导率和介电的研究对拓展此类材料在电子器件方面的应用具有重要意义.