新型中温离子导体Sn0.97In0.03P2O7的电性能研究

采用固相法合成了Sn0.97In0.03P2O7样品,并采用浓差电池、交流阻抗等电化学方法对该样品在50～250℃下的电性能进行了研究.结果表明,该样品在湿润H2气氛中,温度为175℃时,电导率达到最大值2.9×10-2 S·cm-1.水蒸气浓差电池结果表明,样品在湿润H2气氛下具有少量的氧离子导电性,而在湿润O2气氛下样品主要表现为质子导电.以该样品为固体电解质,组装氢/空气燃料电池,在125℃时最大输出功率密度为26.7 mW·cm-2,150℃时最大输出功率密度为29.0 mW·cm-2,175℃时最大输出功率密度为30.7 mW·cm-2.     

Sn0.97Sc0.03P2O7的中温电性能研究

采用固相法合成了Sn0.97Sc0.03P2O7样品,采用浓差电池、交流阻抗等电化学方法对该样品在50～250℃下的电性能进行了研究.结果表明,该样品在湿润H2气氛中,温度为175℃时,电导率达到最大值1.51×10-2S/cm.水蒸气浓差电池结果表明,样品在湿润H2气氛下具有一定程度的氧离子导电性,而在湿润O2气氛下样品主要表现为质子导电.以该样品为燃料电池固体电解质,组装氢-空气燃料电池,在150℃时,其最大输出功率密度为11.16mW/cm2.     

SnP2O7中温固体电解质的制备和导电性能

用固相反应法制备了不同P/Sn物质的量比的SnP2O7,并研究了该电解质在120～260℃范围内的导电性能。XRD分析表明SnP2O7为立方结构。热重分析了电解质在中温范围内的稳定性。用交流阻抗谱测量了电解质电导率,电导率随着HPO3在电解质中的残余量的提高而提高。测试结果表明电解质中起导电作用的主要是HPO3,而SnP2O7主要起支撑作用。最大电导率是在200℃,P/Sn物质的量比为3.0时,干空气条件下为5.1×10-2S/cm,湿空气条件下为6.6×10-2S/cm。     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ba1-xSrxCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ的制备与性能研究

采用固相法合成Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4)阴极材料。利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其结构和微观形貌进行了表征。XRD测试结果表明Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ样品经1000℃,烧结10 h后形成了立方钙钛矿结构。从样品的电镜照片看出样品具有均匀的孔隙率,电解质(Ce0.85Sm0.15O1.925)-阴极(Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ)之间的界面结合良好。电化学交流阻抗测试结果表明Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ中掺入Sr可以明显地降低阴极的极化电阻,随着Sr含量的增多,阴极的界面极化电阻(RP)先减少后增大,当Sr的含量x为0.2时Rp值最小。以Ce0.85Sm0.15O1.925(SDC)电解质为支撑体,Ni0.9Cu0.1-SDC为阳极,Ba0.8Sr0.2Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ为阴极的单电池的最大功率密度在600℃时达到155 mW/cm2。实验结果表明Ba0.8Sr0.2Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ材料是一种电化学性能较为优良的中温固体氧化物燃料电池阴极材料。     

BaCe0.4Zr0.3Sn0.1Sm0.2O3-α的中温离子导电性

采用高温固相法合成了Sn4+、Sm3+双掺杂的BaCeO3-BaZrO3固溶体——BaCe0.4Zr0.3Sn0.1Sm0.2O3-α(BCZSS)固体电解质材料,并进行了XRD、SEM测试表征。采用同位素效应、浓差电池等电化学方法研究了样品在873～1073K的离子导电特性。浓差电池测试结果表明样品在湿润氧气气氛中是离子(质子+氧离子)和空穴的混合导体,样品在湿润氢气气氛下存在氧离子导电性。H2O-Ar气氛下的电导率高于相同温度下D2O-Ar气氛下的电导率,表明该样品在含水气氛中是一种优良的质子导体。     

Fabrication and electrical performance of solid state proton conductor SnP207 at intermediate temperatures

摘要：用固相反应法制备了不同P／Sn物质的量比的SnP2O7,并研究了该电解质在120-260℃范围内的导电性能。XRD分析表明SnP2O7为立方结构。热重分析了电解质在中温范围内的稳定性。用交流阻抗谱测量了电解质电导率,电导率随着HPO3在电解质中的残余量的提高而提高。测试结果表明电解质中起导电作用的主要是HPO3,而SnP2O7主要起支撑作用。最大电导率是在200℃,P／Sn物质的量比为3．0时,干空气条件下为5．1×10S／cm,湿空气条件下为6．6×10^-2／cm。     

直接沉淀法合成Sc2O3纳米粉

研究了直接沉淀法合成Sc2O3纳米粉的工艺。以硝酸钪[Sc(NO3)3]为母盐,氨水(NH3.H2O)作沉淀剂,采用直接沉淀法合成出网状的前躯沉淀物,同时分析了前驱体的热分解过程。通过X射线衍射和红外光谱对前躯体的物相组成进行了定性分析,结果表明,该前躯沉淀物为γ-ScOOH.nH2O与NH4Sc3(SO4)2(OH)6.nH2O的两相混合物。前躯体经过微化处理后,在1 000℃的温度下煅烧,生成的Sc2O3纳米粉具有纯度较高、颗粒粒度小(40 nm)、粒度分布窄、近似球形Sc2O3的性能,但是粉体产生了轻微团聚的现象。     

双相质子导体BaCe0.9Y0.1O3-δ/La1.95Ca0.05Ce2O7-δ的制备及性能研究

采用固相反应法成功制备了双相质子导体BaCe0.9Y0.1O3-δ/La1.95Ca0.05Ce2O7-δ(7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7)。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分别对样品的物相结构、微观形貌进行了表征,对样品在CO2和沸水中的稳定性进行了研究,并应用IM6e型电化学工作站测定了其在空气、氩气、湿润的4%H2/Ar 3种气氛从450～850℃的电导率。实验结果表明,不同比例复合的样品经1500℃烧结后均形成了明显的双相结构且获得了致密的烧结体。随着样品中La1.95Ca0.05Ce2O7-δ比例的增加,其对CO2和沸水的化学稳定性增加。在所研究的各种比例的复合材料中,BaCe0.9Y0.1O3-δ-La1.95Ca0.05Ce2O7-δ(3∶7)具有最高的电导率,850℃时在湿润的4%H2/Ar气氛下的电导率为2.49×10-2S/cm,电导活化能为1.13eV。     

甘氨酸硝酸盐法合成GdBaCo2O5+δ阴极材料及其性能

采用甘氨酸硝酸盐法(GNP)制备中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)GdBaCo2O5+δ(GBCO)阴极材料,探索甘氨酸与金属阳离子摩尔比(G/M)等合成条件对产物性能的影响,研究了GBCO的微观形貌、晶体结构、电导率和电化学性能.结果表明,G/M为3.0的阴极粉料(GBCO-3.0)颗粒细小均匀且比表面积大,G/M在2.5～3.5之间制备的粉料经1000℃煅烧5 h可形成结晶度高的GBCO纯相.阴极材料GBCO与电解质材料Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)在1100℃混合煅烧,未发生明显的化学反应.在500～800℃范围内,GBCO阴极的电导率均大于100 S/cm.1050℃煅烧的GBCO-3.0阴极的极化电阻(Rp)最小,750℃为0.125.cm2.     

Bi2O3掺量对Li0.45Ni0.2Ti0.1Fe2.25O4铁氧体显微结构及磁性能的影响

采用氧化物法陶瓷工艺,在缺铁配方的基础上,制备不同Bi2O3掺量的Li0.45Ni0.2Ti0.1Fe2.25-δO4(δ=0.06)铁氧体样品。结果表明,添加Bi2O3没有在锂铁氧体中形成杂相,烧结后陶瓷样品物相组成单一,结晶状况良好;适量的Bi2O3能有效改善材料微观形貌,促进锂铁氧体的烧结致密化,有助于提高材料的饱和磁化强度4πMs和剩磁比R,降低矫顽力Hc。Bi2O3掺量为1.5%(质量分数)的样品具有较好的综合性能,表观密度d为4.72g/cm3,饱和磁化强度4πMs为2.3T,剩磁比R为0.853,矫顽力Hc为2.3×102 A/m。     

纳米-Al2O3/SiO2加入量对MgO-Al2O3-SiO2复相陶瓷烧结机理的影响

为了探究纳米-Al₂O₃/SiO₂加入量对MgO-Al₂O₃-SiO₂复相陶瓷烧结行为的作用机理。以微米级MgO、纳米级Al₂O₃和SiO₂为主要原料制备陶瓷基复合材料。通过XRD和 SEM等检测手段对烧后试样的物相组成和微观结构进行测试与表征,重点研究Al₂O₃/SiO₂的加入对复相陶瓷物相组成、微观结构及烧结性能的影响。结果表明:随着Al₂O₃/SiO₂加入量的增大,试样烧后相对密度和烧后线变化率呈先增大后减小再增大的趋势,加入15%Al₂O₃/SiO₂(质量分数)的试样经1 500 ℃烧结后,其相对密度可以达到94%。引入的Al₂O₃/SiO₂与基体中的MgO生成镁铝尖晶石与镁橄榄石相,原位反应伴随的体积膨胀,抵消部分烧结过程中的体积收缩。Al₂O₃/SiO₂加入量为75%(质量分数)的试样经1 400 ℃烧结后,基体中有大量堇青石相生成,随着煅烧温度提高到1 500 ℃,堇青石分解所产生的高温液相促进了试样的烧结收缩。     

溶胶-凝胶法制备Bi0.975La0.025Fe0.975Ni0.025O3铁电薄膜的结构及物理性能

采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO_2/Si(111)衬底上制备了Bi_(0.975)La_(0.025)Fe_(0.975)Ni_(0.025)O_3(BLFNO)铁电薄膜。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)及其压电模式(PFM)对薄膜的晶体结构、表面形貌以及铁电畴结构进行了研究。研究发现,BLFNO为结晶良好的钙钛矿结构多晶薄膜,且薄膜表面颗粒生长均匀。PFM测试图显示铁电薄膜在自发极化下的铁电畴结构清晰,铁电电容器具有良好的铁电性能。应用铁电测试仪对Pt/BLFNO/Pt电容器进行测量,得到了饱和性良好的电滞回线。在828kV/cm的外加电场下,Pt/BLFNO/Pt电容器的剩余极化强度为74.3μC/cm~2,表明La、Ni的共掺杂没有明显抑制铁电电容器的剩余极化强度,铁电电容器具有良好的铁电性能。漏电流研究结果表明,La、Ni元素的共掺杂有效降低了薄膜的漏电流密度,在277.8kV/cm外加电场下漏电流密度在10-4 A/cm2量级,明显小于纯BFO薄膜的漏电流密度。正半支漏电流曲线满足SCLC导电机制,对于负半支曲线,当电场强度大于22.2kV/cm时,同样遵循SCLC导电机制;但是,当电场强度小于22.2kV/cm时,曲线斜率约为4.8,表明参与导电贡献的电子数较多,归因于极浅陷阱俘获的电子在外加电场作用下参与了导电行为。室温下磁滞回线测试结果表明BLFNO薄膜具有反铁磁性质。     

热处理对Bi2O3-B2O3-SiO2凝胶玻璃粉体结构与性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了一种Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉体,在200 ℃、400 ℃、600 ℃和800 ℃温度下分别对凝胶玻璃粉体进行热处理,借助SEM、TEM、XRD、FT-IR、Raman、XPS、DSC、热膨胀仪及“纽扣”烧结实验分别测定了经不同温度热处理后玻璃粉体的结构与性能,分析了其结构变化对玻璃粉体转变温度T_g和烧结特性的影响。结果显示,在实验温度范围内,随热处理温度升高,Bi³⁺逐渐进入玻璃网络中,[BiO₆]八面体和[BiO₃]三角体、[BO₄]四面体和[BO₃]三角体分别与[SiO₄]四面体以顶角相连的方式构建玻璃网络结构。O1s和Bi4f的电子结合能逐渐增大,B1s的电子结合能减小,玻璃网络结构稳定性增强,导致玻璃转变温度T_g及玻璃膨胀软化点温度T_d升高、 润湿性降低且热膨胀系数略有降低。经600 ℃热处理后,玻璃粉体具有较优的烧结性能,T_g、T_d分别约为485 ℃及542 ℃,热膨胀系数α约为7.067×10-6/℃。     

机械化学合成Ni2Al3/Al2O3去合金化制备Raney-Ni/Al2O3复合粉体

以NiO粉和Al粉为原料,采用机械球磨诱发化学反应制备了Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体。利用X射线衍射仪(XRD)和附带能量色散谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)对复合粉体球磨过程中的固态反应过程、表面形貌进行表征。将Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体用浓度为20%的NaOH溶液腐蚀2h,可得到纳米晶结构的Ni/Al_2O_3复合粉体。利用XRD和TEM对其物相和结构进行了表征。结果表明,球磨1h后混合粉末仍为NiO粉和Al粉,球磨3h后NiO粉和Al粉在机械力的作用下反应形成Ni_2Al_3和Al_2O_3粉体,机械力诱发的NiO和Al之间的反应属于突发型反应,继续球磨10h后形成Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体。Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体在70℃、质量比为20%NaOH溶液中刻蚀2h,可获得Ni/Al_2O_3复合粉体。     

La2O3、Nd2O3、Y2O3对高岭石高温相变动力学的影响

利用综合热分析技术、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)研究了La_2O_3、Nd_2O_3、Y_2O_3对高岭石高温条件下转变成莫来石过程的作用,并采用Kissinger方程、Ozawa方程以及JMA修正方程(Ⅰ)和(Ⅱ)分析了La_2O_3、Nd_2O_3、Y_2O_3对高岭石高温相变动力学的影响。结果表明:3种稀土氧化物的掺入对高岭石的相变动力学参数产生了影响,相变活化能和频率因子与未掺入稀土氧化物的高岭石相比有所降低,析晶方式则未发生变化,均属于体积晶化。对比掺入3种稀土氧化物的高岭石相变活化能和频率因子可以看出,Y_2O_3对于高岭石高温条件下相变的促进作用最为明显,相变活化能最低。稀土氧化物对于高岭石高温相变产物影响不大,主晶相为莫来石相,次晶相为方石英相,但稀土氧化物的掺入使得方石英相的结晶度明显提高。     

第一性原理对CaTiO3和CaCu3Ti4O12的对比研究

通过Ca替换CaCu_3Ti_4O_(12)晶胞中的所有Cu,建立了包含TiO6八面体扭转的CaTiO3;通过Cu替换CaTiO32×2×2超胞中3/4的Ca,建立了不包含CuO_4正方形的CaCu_3Ti_4O_(12)。采用Materials Studio软件的CASTEP模块,对比了上述晶体和标准晶体成键状况、能带结构、态密度及介电函数,分析了TiO6八面体扭转和CuO_4正方形的影响,发现了Cu-O键或CuO_4正方形对CaCu_3Ti_4O_(12)光频介电常数的关键性作用。研究结果提供了通过内禀机制优化CaCu_3Ti_4O_(12)材料介电性能的新途径。     

MgO/Al2O3比对MgO-Al2O3-SiO2系统玻璃分相与析晶的影响

采用高温熔融法制备了具有不同MgO/Al₂O₃比的堇青石微晶玻璃。采用差热分析仪(DTA)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等测试技术研究了MgO/Al₂O₃比对该系统玻璃分相和析晶的影响。结果表明:当SiO₂含量不变时,随着MgO/Al₂O₃比的减小,分相形貌由连通的蠕虫状逐渐变为孤立的球形结构,且分相粒子尺寸逐渐减小,从200~300 nm减小至30~50 nm。当MgO/Al₂O₃比从3降到1,析晶峰温度由997 ℃升至1 105 ℃,析晶的难度逐渐提高。当MgO/Al₂O₃比为3时,MgO-Al₂O₃-SiO₂系统玻璃经950 ℃热处理后即产生大量分相,经1 050 ℃热处理后在分相液滴中析出大量堇青石晶体,且堇青石优先在富Mg相中析出。提高MgO/Al₂O₃比有利于MgO-Al₂O₃-SiO₂系统玻璃在分相中析晶,反之,则会降低系统的分相和析晶能力。     

微波和真空烧结制备La2O3掺杂Al2O3透明陶瓷

通过共沉淀法制备La2O3掺杂Al_2O_3纳米粉,粉体经压制后分别采用微波和真空烧结制备Al_2O_3透明陶瓷。结果表明:Al_2O_3粉末颗粒大小均匀,近似球形,为40~60nm;两种烧结方式制备的试样XRD图中均为α-Al_2O_3,未检测到其它相。La2O3掺杂量为1%时,随烧结温度升高,两种烧结方法得到的Al_2O_3陶瓷的相对密度和抗弯强度均呈上升趋势,且微波烧结陶瓷的相对密度和抗弯强度明显高于真空烧结。1500℃烧结时,随La2O3掺杂量的增加,Al_2O_3陶瓷的相对密度均先增大后减小,当La2O3掺杂量为1%时,Al_2O_3陶瓷的相对密度和抗弯强度均最大。微波烧结陶瓷的透光率明显高于真空烧结,且其断口晶粒比真空烧结明显细少。     

添加La2O3对粉煤灰合成Al2O3-SiC复合粉体的影响

以粉煤灰和活性炭为原料,通过碳热还原反应在Ar气氛下合成Al_2O_3-SiC粉体,探究了一条低成本合成Al_2O_3-SiC粉体的可行途径。研究了添加La_2O_3对合成过程的影响。采用XRD和SEM表征了材料的物相组成和显微形貌。结果表明:当粉煤灰与活性炭质量比为100∶44,在1 550℃下保温5h,添加6%(质量分数)的La_2O_3时,可合成性能良好的Al_2O_3-SiC粉体,颗粒分布均匀,平均粒径为0.5~1μm,较不添加La_2O_3合成温度降低约50℃。     

基于SnO2/Fe3O4粒子电极的三维电极体系的电催化性能

通过水热法合成复合金属氧化物SnO_2/Fe_3O_4粒子电极,然后采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、磁滞回线等技术分别对粒子电极的晶体组分、形貌、元素组成和分子结构以及粒子电极的磁性特征进行表征。采用循环伏安法分析了三维电极系统的电化学性能,并进行了电催化氧化降解罗丹明B(RhB)的实验。结果表明,SnO_2/Fe_3O_4粒子电极负载稳定、导电性强、便于回收再利用,有利于电催化氧化降解反应。三维电极降解罗丹明B的析氧电流高于其他电极体系,电催化活性效果明显,90min内罗丹明B的降解率为100%、TOC去除率为83%,反应中产生的·OH是降解有机物的主要活性基。粒子电极在重复利用5次的情况下,对罗丹明B的降解率仍保持93%以上、TOC去除率保持在77%以上,具有稳定的电催化性能。