固体氧化物燃料电池阴极材料氧缺陷形式及迁移过程第一性原理计算

采用第一性原理方法研究了层状阴极材料LaSrCoO4±δ及PrBaMn2O5+δ的电子结构、缺陷形成能及氧离子迁移能,针对La/Sr、Pr/Ba等A位原子分层有序排列和交替混合排列2种结构,系统地分析了其对电子结构、氧空位及间隙氧缺陷的影响.结果表明:对于LaSrCoO4±δ,La/Sr分层有序排列更利于间隙氧离子的形...     

Ba-La-Cu-O、Ba_(2-x)Sr_xLaCu_3O_(7-δ)、Ba_2La_(1-x)Ce_xCu_3O_(7-δ)体系的物相及电性研究

本文对Ba-La-Cu-O中Ba_3La_3Cu_6O_(14+δ)相(336相),Ba_2La(LaCe)_(31-x)Ce_xCu_3O_(7-δ)中Ba_3(LaCe)_3Cu_6O_(14+δ)相(336相)进行了研究,用Sr部分取代Ba-La-Cu-O中的Ba,当Sr/Ba<80%时,体系发生336相到123相的转变.     

GdBaCo_2O_(5.5)及其掺杂体系Co自旋态的第一性原理计算

通过第一性原理计算,讨论GdBaCo_2O_(5.5)及Fe掺杂体系的稳定磁有序结构。基态下的GdBaCo_2O_(5.5),Co原子磁矩以G类反铁磁排列最为稳定,且处于高自旋态;引入的Fe原子掺杂,倾向于进入被八面体晶格氧包围的Co格点;且可以显著提高低温下铁磁相的稳定性;这些都与实验报道一致Co变价引入额外氧空位后,晶胞中有两层氧空位缺陷形成能较低,有利于氧离子在层中迁移,这与分子动力学模拟的报道吻合.     

固体氧化物燃料电池中的陶瓷材料

固体氧化物燃料电池(SOFC)也称为陶瓷燃料电池,其关键组成电解质、阴极和阳极均为陶瓷氧化物材料。致密电解质薄膜材料是核心,主要是(纯)氧离子导体,其电导率依赖于氧化物中的氧离子空位传导,氧空位主要来源于氧化物中低价金属离子掺杂;工业上主要使用萤石结构Y_2O_3掺杂的ZrO_2(YSZ)和Sc_2O_3掺杂的ZrO_2(ScSZ),更高氧离子电导率的材料包括掺杂的CeO_2、δ-Bi_2O_3和掺杂的LaGaO_3钙钛矿材料,有望在中低温下使用。电极都是多孔陶瓷材料,同时具有氧离子传导和电子传导性能。工业上阳极主要采用Ni-YSZ多孔金属陶瓷,具有混合离子电子导电性(MIEC)的钙钛矿材料是现在的研究热点。工业上阴极材料主要是掺杂LaMnO_3和YSZ复合陶瓷,在高温下具有良好的电化学性能和稳定性;中高温范围内被认可的材料是掺杂LaFeO_3基钙钛矿材料,以La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_3-δ为代表,具有良好的电化学活性和稳定性;优化材料组分和结构仍然是阴极材料的研究重点,也是SOFC领域必须突破的重要方向。     

PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)氧化物热电材料的制备及其性能研究

采用固态反应法制备了Sr掺杂的PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)氧化物,对其进行了XRD分析和热电性能测试,研究Sr掺杂对其热电性能的影响,结果表明:在x=0,0.25,0.5,0.75掺杂比例范围内,Sr离子很好地进入了PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)的晶格,形成双层钙钛矿结构,没有形成新的杂相;在测温范围内,PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)材料的Seebeck系数均为正值,说明PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)为p型半导体材料;Sr掺杂可以改善PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)样品的电导率,而样品的Seebeck系数随着掺杂浓度增加逐渐降低;Sr掺杂可以改善PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)样品的功率因子,PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)在1073 K有最大的功率因子90μW/mK~2。     

PI/Ba(La,Ca)TiO_3复合吸波材料的制备及性能研究

以耐高温聚酰亚胺(PI)树脂作为基体,La~(3+)/Ca~(2+)共掺杂的钛酸钡(Ba(La,Ca)Ti O_3)粉体作为吸波剂,采用热压法制备了PI/Ba(La,Ca)Ti O_3复合吸波材料。研究了Ba(La,Ca)Ti O_3粉体的晶相结构、复合材料的断面结构、弯曲强度以及复合材料在低频波段的介电常数和吸波性能。结果表明:Ba(La,Ca)Ti O_3粉体晶相结构单一,晶粒发育良好,颗粒呈现类球形;复合材料介电常数的实部和虚部都随着Ba(La,Ca)Ti O_3用量的增加而提高,力学性能随着Ba(La,Ca)Ti O_3用量的增加先提高后降低;当Ba(La,Ca)Ti O_3用量为12%时,在350℃下PI/Ba(La,Ca)Ti O_3复合材料的吸波峰值为-14.7 dB(2.6 GHz),表明其具有优异的高温低频吸波性能。     

(Ba1-xSrx)(Mg1/3 Ta2/3)O3微波陶瓷介电性能研究

Ba(Mg1/3Ta2/3)O3(简称BMT)陶瓷是A(B′1/3B″2/3)O3(A=Ba,Sr;B′=Zn,Mg;B″=Nb,Ta)型复合钙钛矿化合物中的一种,A位由Sr离子取代Ba离子,形成(Ba1-xSrx)(Mg1/3Ta2/3)O3(简称BSMT)固溶体型化合物,也具有复合钙钛矿结构。Sr含量x≥0．6时发生相转变,形成一种新的低温相,这是由于氧八面体畸变造成的。这种低温相结构与BMT六方晶系结构相比具有较低的对称性。低温相的形成．可显著降低BSMT陶瓷的烧结温度．在150℃即可烧结致密(BMT为160℃)。BSMT的微观结构和介电性能(如介电常数ε和介电常数温度系数aε)的变化也与此相转变有关。     

Ce和Ca共掺杂BaTiO_3陶瓷的结构和介电性质研究

通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RS)、扫描电子显微镜(SEM)、电子顺磁共振(EPR)和介电测试技术研究了Ce和Ca共掺杂BaTiO_3陶瓷的结构、价态、位占据和介电性质。Ba/Ti比例有效的影响了陶瓷的结构。所有陶瓷样品中Ce离子不能以Ce~(4+)完全并入Ti位,或以Ce~(3+)完全并入Ba位。当Ba/Ti=1,(Ba_(1-x)Ca_x)(Ti_(0.95)Ce_(0.05))O_3(x=0.05)陶瓷形成单相四方结构,具有Ba位(Ca~(2+)/Ce~(3+))和Ti位(Ca~(2+)/Ce~(4+))混合价态的双位占据,缺陷复合体Ca~(2+)-Ce~(4+)形成。CeCa_5A(Ba/Ti=0.937)陶瓷为单相立方结构,展现一级相变的介电行为,室温附近具有非常高的介电常数(ε′=16000)。     

La^(3+)掺杂对CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)压电陶瓷结构与电学性能的影响EI北大核心CSCD

采用传统固相法制备Ca1-xLaxBi_(2)Nb_(2)O_(9)(CBN-xLa,x=0.00,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10)陶瓷,研究了La^(3+)掺杂对CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)陶瓷的晶体结构、微观形貌、介电性能、压电及铁电性能以及高温导电机制的影响.结果表明,适量的La^(3+)取代Ca^(2+)优化了晶体结构,细化晶粒,通过施主掺杂降低了氧空位,有效地改善了CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)陶瓷的电性能.其中Ca0.92La0.08Bi_(2)Nb_(2)O_(9)是最优组分,获得压电性能d33、Curie温度T_(C)和剩余极化强度2Pr分别为11.7 pC/N、905℃和9.51μC/cm^(2),并且在550℃条件下的tanδ为3.87%,退火处理后,所有组分样品在800℃条件下均保持较稳定压电性能.复阻抗谱表明阻抗是由晶粒晶界共同作用,导电机制与氧空位有密切关系,且La^(3+)能有效提高高温电阻率,使得其在高温传感器中具有应用潜力.     

A2La8(SiO4)6O2(A=Ca,Sr,Ba)的合成及其导电性能

以溶胶-凝胶法和固相反应方法分别合成了硅酸盐氧基磷灰石A2La8(SiO4)6O2(A=Ca,Sr,Ba),经XRD表征,证明所得产品为磷灰石相.和固相反应方法相比,溶胶-凝胶法合成磷灰石反应温度低,高温焙烧时问短.电化学阻抗谱研究表明:随着A(A=Ca,Sr,Ba)半径的增大,电导率也逐步加大,活化能却逐步减小.700℃时溶胶·凝胶法合成的Ba2La8(SiO4)6O2的电导率(4.42×10-6S·cm-1)要比固相反应法合成的电导率大一个数量级.离子迁移数和氧分压对电导率的研究表明,主要的电荷载体是O2-离子.     

Bi_2O_3/Li_2O助熔剂BST介电陶瓷的低温烧结研究

采用固相反应制备了低温烧结(Ba0.71Sr0.29)TiO3-x Bi2O3/Li2O(x=0.02、x=0.03、x=0.05)陶瓷,差热分析结果表明助熔剂Bi2O3/Li2O可降低(Ba0.71Sr0.29)TiO3陶瓷的烧结温度至820℃并获得相对密度为97%的BST陶瓷。X射线衍射发现制备过程有少量次生相生成,分别为Li2TiO3和Ba2TiO4。实验结果表明Bi2O3/Li2O助熔剂降低了(Ba0.71Sr0.29)TiO3的铁电性,这也是导致介电常数和介电损耗降低的原因。低温烧结机理涉及碳酸钡的中间体的形成,Li离子的熔融态迁移至BST结构中提供了促进反应进行的液相。     

钙钛矿型复合氧化物SrxTiO3-δ表征及甲烷氧化偶联反应催化性能

用x-射线粉末衍射(XRD)、x-光电子能谱(XPS)、氧吸附--程序升温脱附(O-TPD)研究了柠檬酸热分解法制备的钙钛矿型SrxTiO3-δ(x=0．9，1．0，1．1)催化剂组成、结构与甲烷氧化偶联反应(OCM)催化性能，结果表明钙钛矿型SrxTiO3-δ催化剂随着Sr／Ti比的增加，催化剂的氧空位增多，催化剂表面吸附氧含量增大，吸附氧脱附温度升高，与其C2选择性相关联。认为表面吸附态氧物种为OCM反应主要活性氧物种。     

钨离子掺杂对Ca0.7La0.3Bi4(Ti1-xWx)4O15陶瓷性能的影响

用固相法研究了钨离子(W6 )掺杂对铋层状钛酸铋钙镧[Ca0.7La0.3Bi4(Ti1-xWx)4O15,CLBTWx]陶瓷的铁电性能、介电性能和压电性能的影响,得到了W6 掺量与铋层状CLBTWx陶瓷性能的关系.用X射线衍射和扫描电镜研究了W6 掺量对铋层状CLBTWx陶瓷微观结构和物相的影响,探讨了W6 掺杂改性的机理.结果表明:随着W6 掺量的增加,CLBTWx陶瓷的介电常数(ε)先增大后减小;介质损耗(tanδ)先减小后增大;压电应变常数(d33)先增大后减小;剩余极化强度(Pr)先增大后减小然后再增大再减小;矫顽场(Ec)变化规律与Pr的相同.当W6 掺量为0.025mol时,可得到综合性能好的无铅铋层状CLBTWx陶瓷,其烧结温度为1 120～1 140℃时,CLBTWx陶瓷的ε=183.15;tanδ=0.00446;d33=14×10-12C/N;2Pr=26.7μC/cm2;2Ec=220kV/cm.该类材料适合于制备铁电随机存取存储器和高温高频压电器件.W6 掺杂从生成钙空位或铋空位、形成焦绿石相、促进陶瓷致密化、偏析晶界影响陶瓷晶粒的均匀生长等方面来影响铋层状CLBTWx陶瓷性能和结构.     

黄长石Pr_(1+x)Sr_(1-x)Ga_3O_(7+0.5x)氧离子导体的制备及电性能研究

本文通过高温固相法成功合成了黄长石型Pr_(1+x)Sr_(1-x)Ga_3O_(7+0.5x) (x=0-0.4)氧离子导体材料,并对该固溶体材料进行了交流阻抗测试。结合静态晶格模拟计算数据,确定了材料的间隙氧缺陷生成能,从能量角度成功解释了含间隙氧缺陷Pr_(1+x)Sr_(1-x)Ga_3O_(7+0.5x) (x=0-0.4)氧离子导体稳定存在的可能性。材料在固态氧化物燃料电池、氧传感器等领域具有潜在应用。     

Ce0.8Nd0.2-xPrxO1.9固溶体的Raman光谱与阻抗谱

用溶胶-凝胶法合成了氧化铈稀土双掺杂Ce0.8Nd0.2-xPrxO1.9(x=0,0.10,0.15)固溶体。用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD),Raman光谱和交流阻抗谱研究了固溶体的结构和导电性。XRD结果表明:经800℃焙烧所有的样品都形成了单相立方萤石结构,平均晶粒尺寸为22～32nm。X射线光电子能谱结果表明:样品中镨离子以混合价态(Pr3+和Pr4+)存在。Raman谱结果表明:Ce0.8Nd0.2-xPrxO1.9具有氧缺位的立方萤石结构,Pr离子的掺杂有利于氧缺位增加。阻抗谱表明:稀土双掺杂Ce0.8Nd0.2-xPrxO1.9(x=0.10,0.15)的电导率高于稀土单掺样品Ce0.8Nd0.2O1.9的,Ce0.8Nd0.05Pr0.15O1.9的电导率最大,在600℃时的电导率为2.63×10-2S/cm,导电活化能Ea=0.40eV(600～800℃),Ea=0.62eV(400～600℃),与Ce0.8Nd0.05Pr0.15O1.9材料内部更多的氧离子缺位和小极化子电子导电相关。     

溶胶凝胶法制备的La2–xMxCuO4–δ晶体的UV–Vis–NIR光学性质（英文）

采用溶胶–凝胶法制备了La2CuO4和La2–xMxCuO4–δ(M=Ca、Sr和Ba)晶体。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和紫外–可见–近红外光谱对La2CuO4和La2–xMxCuO4–δ(x=0.1)粉体进行了测试和表征。结果表明,700℃煅烧2 h,可以获得单相La2CuO4和La2–xMxCuO4–δ(M=Ca、Sr和Ba),且均为正交晶型结构。光谱性质表明,La2CuO4和La2–xMxCuO4–δ系化合物在紫外–可见和近红外范围都有较宽的吸收。La2CuO4、La1.9Ca0.1CuO4–δ、La1.9Sr0.1CuO4–δ和La1.9Ba0.1CuO4–δ的带隙分别为1.44、1.57、1.40 eV和1.37 eV。带隙的变化是由于碱土金属离子的半径不同,造成对键的不匹配性的影响不同而引起的。     

钛酸铋钠系陶瓷固溶改性及介电弛豫性能EI北大核心CSCD

采用电子陶瓷合成工艺制备了致密的钛酸铋钠基固溶陶瓷(1–x)(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3–xLa(Zn_(0.5)Ti_(0.5))O_3,研究了该系陶瓷的相组成、微观形貌及介电性能。结果表明:在(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3中引入La(Zn_(0.5)Ti_(0.5))O_3后形成了单相钙钛矿固溶体;随着La(Zn_(0.5)Ti_(0.5))O_3引入量的增加,晶粒形貌由球状向立方体状转变,晶棱显著锐化,晶粒细化,尺寸更加均匀;La(Zn_(0.5)Ti_(0.5))O_3的引入使得(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3晶体中氧空位增多以及A、B位离子种类增多,晶体结构中离子分布无序化程度加剧,致使该系陶瓷的介电频率色散显著,介电弛豫激活能降低(从1.7 e V降低至1.32 e V),弛豫性增强。     

快中子辐照直拉硅中V2的FTIR研究

通过傅立叶红外光谱仪(FFIR)技术研究了由快中子辐照直拉硅中引入的辐照缺陷--双空位(V2)退火行为,主要研究了不同中子辐照剂量对双空位的影响.实验结果表明:随辐照剂量的增加双空位缺陷的浓度并不会无限地增加;间隙氧原子很容易与双空位缺陷结合形成比较稳定的空位-氧复合体,当退火温度超过200℃,双空位吸收峰消失.     

快中子辐照硅中双空位的退火行为研究

本文利用傅立叶变换红外光谱技术(FTIR)及正电子湮没谱技术(PAS)对快中子辐照硅中的双空位(V2)的退火行为作了详细研究.研究发现区熔硅中双空位在250 ℃热处理会通过相互连接形成链状而在红外光谱中消失,提高退火温度到350～450 ℃,它们将进一步结合形成具有三维结构的四空位型缺陷;而在直拉硅中双空位主要通过捕获间隙氧或A中心(VO)形成V3O复合体而消失.     

钛酸铋钠系陶瓷固溶改性及介电弛豫性能

采用电子陶瓷合成工艺制备了致密的钛酸铋钠基固溶陶瓷(1–x)(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3–xLa(Zn_(0.5)Ti_(0.5))O_3,研究了该系陶瓷的相组成、微观形貌及介电性能。结果表明:在(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3中引入La(Zn_(0.5)Ti_(0.5))O_3后形成了单相钙钛矿固溶体;随着La(Zn_(0.5)Ti_(0.5))O_3引入量的增加,晶粒形貌由球状向立方体状转变,晶棱显著锐化,晶粒细化,尺寸更加均匀;La(Zn_(0.5)Ti_(0.5))O_3的引入使得(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3晶体中氧空位增多以及A、B位离子种类增多,晶体结构中离子分布无序化程度加剧,致使该系陶瓷的介电频率色散显著,介电弛豫激活能降低(从1.7 e V降低至1.32 e V),弛豫性增强。