Sr和Nd掺杂对La9.33（SiO4）6O2电解质性能的影响

采用尿素-硝酸盐燃烧法对磷灰石型LSO电解质进行了三价稀土元素Nd和二价碱土元素Sr的La位掺杂,对合成样品进行XRD、SEM分析表征,并测试和分析了样品的电导率.结果表明:Sr、Nd掺杂对LSO的晶体结构、物相和形貌产生的影响很小,而适量的掺杂可有效提高LSO的氧离子传输性能.当掺杂x=0.3时,La9.33Mx(SiO4)6O2+δ(M=Sr、Nd)具有最高离子电导率,La9.33M0.3(SiO4)6O2+δ在500℃时的电导率分别为7.248×10-3S.cm-1、1.782×10-2S.cm-1.Nd掺杂不仅可以提高电导率,还可以降低传导活化能,相比于Sr掺杂更有利于LSO在中低温SOFCs中的应用.实验认为,Sr、Nd掺杂的LSO属于间隙氧传导机制,掺杂可以提高间隙氧的数量,间隙氧相比阳离子空位对LSO电导率的影响更大.     

磷灰石型La（9.33）（SiO4）6O2电解质的烧结及性能

在燃烧法制得的磷灰石型LSO电解质纳米粉体基础上,研究了预处理、成型压力、烧结温度和保温时间对LSO烧结体致密度的影响.烧结实验结果表明：球磨预处理和合适的成型压力,可以有效消除颗粒间的团聚、降低烧结温度和提高致密度;最佳成型压力为225 MPa;最佳烧结温度为1 400℃下保温3 h,烧结体的致密度高达96%.运用交流阻抗谱法研究了LSO烧结体的电性能,结果表明：烧结体随温度的升高,晶界电阻逐渐减小,晶粒电阻逐渐占据主导;烧结体电导率与温度的关系符合Arrhenius经验公式,700℃时离子电导率达到4.38×10^-3s/cm.     

磷灰石型La9.33（SiO4）6O2电解质的烧结及性能

在燃烧法制得的磷灰石型LSO电解质纳米粉体基础上,研究了预处理、成型压力、烧结温度和保温时间对LSO烧结体致密度的影响.烧结实验结果表明:球磨预处理和合适的成型压力,可以有效消除颗粒间的团聚、降低烧结温度和提高致密度;最佳成型压力为225 MPa;最佳烧结温度为1 400℃下保温3 h,烧结体的致密度高达96%.运用交流阻抗谱法研究了LSO烧结体的电性能,结果表明:烧结体随温度的升高,晶界电阻逐渐减小,晶粒电阻逐渐占据主导;烧结体电导率与温度的关系符合Arrhenius经验公式,700℃时离子电导率达到4.38×10-3s/cm.     

过渡元素掺杂固体电解质的制备及电性能

为了解决固体氧化物电解质在中温范围（500 ℃～800 ℃）工作电导效果不佳的问题,采用燃烧合成方法以氧化镧及过渡离子氧化物为原料,制备了过渡金属元素掺杂的硅酸镧体系电解质材料. 用X-射线衍射图谱、扫描电子显微镜以及红外光谱对所得电解质进行了物相和显微结构分析. 研究表明,掺杂离子对电解质的物相结构及形貌影响很小,但是通过引入适量过渡掺杂离子,能够有效提高电解质的电导率. 当掺杂量摩尔比x=1.0时,锌掺杂后硅酸镧电解质具有最高的离子电导率,在500 ℃时的电导率可达2.106×10-2 S/cm. 相比于未掺杂电解质在500 ℃电导率为1.71×10-3 S/cm有了显著提升. 元素铜的掺入对电解质的致密度有促进作用,压片和二次烧结后电解质的密度达94.1%. 同时通过交流阻抗测试分析证实镍在硅位掺杂会降低电解质的电导率.     

碱土掺杂硅酸镧电解质材料的制备与性能

采用尿素-硝酸盐燃烧法在600～800℃下制备了较高纯度无杂质相的碱土掺杂磷灰石型La9.33Mx(SiO4)6O2+δ(M为Sr,Ca,Mg)电解质.通过X射线衍射、扫描电镜和交流阻抗测试,对样品的晶体结构、表面微观形貌及电导性能进行了研究.结果表明,燃烧合成的电解质粉体La9.33(SiO4)6O2(LSO)具有p63/m磷灰石型晶体结构;LSO烧结体的微观形貌随x值的不同而出现了细微变化;LSO烧结体具有良好的电阻可逆性和稳定性.适当的掺杂量能有效提高LSO的离子电导率,最佳掺杂浓度为0.2.相同掺杂量下,三种碱土金属阳离子掺杂对电导性能也有一定的影响,随着离子半径的增大,掺杂效果越来越好.     

钐和锌双掺杂La9.33（SiO4）6O2电解质的制备及其电导率

为提高磷灰石型电解质（LSO）的电导率,以氧化镧（La₂O₃）、氧化锌（ZnO）和氧化钐（Sm₂O₃）为主要原料通过尿素-硝酸盐燃烧法在600 ℃的温度下合成了掺杂钐和锌的La_9.33Sm_xSi₅ZnO_{（25+1.5x）}固体电解质粉末。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、变温介电测量系统对样品进行物质结构、表面形貌、电导率的表征。研究了不同温度和不同掺杂浓度下La_9.33Sm_xSi₅ZnO_{（25+1.5x）}的电导率。结果表明,Sm和Zn成功掺杂进入LSO的晶格中,样品具有典型的P6₃/m磷灰石结构且纯度高,LSO的形貌未改变。当Sm掺杂浓度为0.6,Zn掺杂浓度为1时,在温度为650 ℃下La_9.33Sm_xSi₅ZnO_{（25+1.5x）}的电导率达到1.50×10^-3 S/cm;确定了最佳烧结温度为1 400 ℃。La_9.33Sm_xSi₅ZnO_{（25+1.5x）}的电导率在同一温度下随着掺杂量的增加先提高后降低,掺杂样品的晶胞参数相比于未掺杂样品的晶胞参数增大,活化能随着掺杂量的增大先降低后升高。此外La_9.33Sm_xSi₅ZnO_{（25+1.5x）}的电导率在同一掺杂量下,随着温度的升高而提高。     

复合掺杂CeO2基电解质性能与烧结温度关系

实验发现，用复合掺杂法可以有效地降低ＣｅＯ２基电解质的烧结温度．用Ｓｍ２Ｏ３和Ｇｄ２Ｏ３共同掺杂时，可以使ＣｅＯ２基电解质的烧结温度从１６００℃左右降低到１４００—１４５０℃．复合掺杂的ＣｅＯ２基电解质电导率随着烧结温度的提高而下降，这可能是由于晶间玻璃相的增多和新相的出现造成的；Ｘ射线衍射分析发现，对１４００—１５５０℃烧结的样品，Ｓｍ２Ｏ３和Ｇｄ２Ｏ３固溶较好，但对１６００℃烧结的样品，可见新相生成，同时伴随着晶格常数减小．     

锌掺杂La_(9.33)(SiO_4)_6O_2电解质的制备与电导率研究

为改善固体电解质在中低温(500℃~800℃)下的电导性能,通过尿素-硝酸盐燃烧法,以La_2O_3及ZnO等为原料,制备了Zn掺杂磷灰石型La_(9.33)(SiO_4)_6O_2(LSO)电解质。采用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜及傅里叶变换红外光谱仪对掺杂得到的样品进行表征。Zn取代Si掺杂进入到LSO的晶格中对晶体结构以及形貌影响很小,锌掺杂的LSO电解质粉体在煅烧12 h后,已经具有磷灰石型晶体结构。对烧结体进行交流阻抗测试分析,实验制备的La_(9.33)Si_(6-x)Zn)xO_(26-y)具有良好的电导率。适量的掺杂可以有效提高电解质的电导率,当Zn掺杂量摩尔比x=1.0时,在500℃下La_(9.33)Si_(6-x)Zn)xO_(26-y)离子电导率最高为2.1×10~(-2)S/cm,Zn掺杂La_(9.33)Si_(6-x)Zn)xO_(26-y)电解质的最佳烧结温度为1 250℃。     

新型复合电解质PEO-LiClO4-Cex Ti（1-x）O2的制备与性能研究

以PEO-LiC lO4为基质材料,以CeO2和TiO2作为无机填料,采用原位复合法与溶液浇铸法相结合的方法制备了PEO-LiC lO4-CexTi1-xO2全固态复合聚合物电解质薄膜（CPE）.利用交流阻抗方法和差示扫描量热法对CPE的电导率、玻璃化转变温度和结晶度进行了研究.结果表明,添加不同粒径的纳米氧化物可在不同尺度上更加有效地破坏聚合物基体的结晶行为,增大离子传输所需的无定形区域,同时,降低了聚合物PEO的玻璃化转变温度和结晶度,并使其结晶度在较长时间内维持在较低水平,最终使离子电导率得到了明显提升.     

离子掺杂和碳修饰对Li_2FeSiO_4结构和性能的影响

采用高温固相反应方法合成锂离子电池正极Li_2Fe_(1-x-y)Mn_xNi_ySiO_4/C复合材料,并采用X-ray线衍射、扫描电子显微镜和电化学分析方法,研究了Ni和Mn离子共掺杂及碳修饰复合改性对复合材料结构和性能的影响。结果表明,复合改性没有对材料的晶体结构造成改变,镍锰离子共掺杂和表面碳包覆能有效提高材料的比容量和循环性能;以C/32倍率充放电,复合掺杂得到的Li_2Fe_(0.6)Mn_(0.2)Ni_(0.2)SiO_4/C材料样品的电化学性能最优,根据实测结果,该复合材料的首次放电比容量达到149 m Ah·g~(-1),充放电循环10次以后容量保持率仍有95.3%。     

离子液体掺杂凝胶电解质的制备及性能

以N-N二甲基丙烯酰胺(DMAA)和甲基丙烯酰氧基二苯酮(MABP)为单体,利用自由基共聚合制备了聚合物母体材料。将合成的母体材料,离子液体与双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂一起混合成均匀溶液,采用简单的溶液铸膜工艺制备成膜,经紫外(UV)交联得到交联型凝胶电解质薄膜。通过红外光谱、差示扫描量热、X-射线衍射、力学拉伸测试仪、扫描电镜、电化学交流阻抗谱、线性扫描伏安法等不同测试方法对不同交联组分比例下制得的凝胶聚合物电解质进行表征。结果表明:聚合物母体材料中MABP质量含量为30%时,综合性能较好的电解质在30℃时电导率可达1.16×10~(-4) S/cm;采用循环伏安法测得该电解质的电化学稳定窗口为+4.6 V(vs Li/Li~+),可以满足锂离子电池的应用要求;以所制备的凝胶聚合物电解质组装的锂离子电池在0.2 C的电流密度下,首次放电比容量达到245.2mAh/g。所制备的凝胶电解质与文献报道的同类电解质相比具有较宽的电化学稳定窗口和略低的离子电导率,而且具有较高的首次放电比容量,表明所设计的凝胶电解质具有在锂离子电池中应用的潜力。     

电解质掺杂Na2SO4对固体氧化物燃料电池性能的影响

以不同含量的Na2SO4掺杂YSZ（Y2O3稳定的ZrO2,Y2O3的摩尔分数为8％）为复合电解质,Co3O4为阳极催化剂,La0.7Sr0.3MnO3为阴极催化剂,组装固体氧化物燃料电池,以二氧化硫气体为燃料气,测试复合电解质材料电池的电化学性能.结果表明：以质量分数为25％的Na2SO4＋YSZ为复合电解质的电池在700℃时,获得最大开路电压372mV,功率密度7.87mW·cm-2.以不同含量的Na2SO4掺杂YSZ作为复合电解质时,电池的电流密度和功率密度的高低顺序均为：质量分数25％的Na2SO4＋YSZ＞质量分数16％的Na2SO4＋YSZ＞质量分数8％的Na2SO4＋YSZ＞质量分数50％的Na2SO4＋YSZ＞YSZ.     

纳米Al_2O_3复合聚醚凝胶电解质性能

通过添加不同质量分数Al_2O_3纳米粒子制备硅甲氧基封端的聚环氧丙烷为基体的复合凝胶聚合物电解质(纳米Al_2O_3/LiBOB/PC/BSPPO)。采用拉伸测试、差热和热重分析、交流阻抗、线性伏安扫描及极化电流-时间曲线等方法对其进行了力学性能和热性能等物理性能测试以及离子电导率、电化学窗口和离子迁移数等电化学性能测试。研究结果表明:当Al_2O_3纳米粒子质量分数为15%时,该凝胶聚合物电解质室温电导率最佳,达到1.1×10-3 S·cm-1,同时表现出较高的拉伸强度,良好的热稳定性,电化学窗口为4.8 V,离子迁移数为0.61。应用于磷酸铁锂半电池中表现出良好的循环稳定性和倍率性能,说明该复合凝胶聚合物电解质具有潜在的应用和研究价值。     

固相法制备Ca_2La_8Si_6O_(26):Eu红色荧光粉

采用高温固相法制备新型Ca2La8Si6O26:Eu红色荧光粉,通过使用X射线衍射、相对亮度仪以及荧光光谱仪对制备的样品进行测试。结果表明:合成的荧光粉主晶相为Ca2La8Si6O26,并且可被394nm的近紫外光和464nm的蓝光有效激发,产生红光发射,主发射峰位置位于614nm(5 D0→7F2)。通过合成制度的研究,确定Ca2(La0.7Eu0.3)8Si6O26红色发光粉的最佳煅烧合成温度为1 400℃,Ca2(La1-xEux)8Si6O26中Eu3+的最佳制备浓度x=0.3。采用4.5%(摩尔分数)Li2CO3作为助熔剂,或添加0.05的Bi 3+离子作为敏化剂,可有效提高1 400℃煅烧的Ca2La8Si6O26:Eu的发光性能。并且还通过改变基质阳离子进行改性,发现阳离子为Ca2+时,发光性能最好。     

La1-x NdxMnOy的制备与热电性能

作为固体氧化物燃料电池的阴极材料，需解决稀土复合氧化物材料的导电率不高、化学稳定性和热稳定性不够好、运行温度较高等方面的问题.为了得到效率更高、更实用的固体氧化物燃料电池，采用微乳液-直接燃烧法制备了La_1-x Nd_xMnO₃(x=0，0.05，0.10，0.15，0.20)固体电解质.研究了样品的结构和热电性能，结果显示，Nd的掺入没有改变晶体的对称性，仅仅是晶格参数值大小稍有改变；La_1-x Nd_xMnO₃的电导率随着温度的升高而增大.在673～833 K温度范围内，x=0.05的样品La_0.95 Nd_0.05MnO₃的导电率最大，电导率为0.28～0.48 S/cm.     

掺杂铈基电解质Ce0.8Sm0.2-xYxO1.9的制备和性能

采用硝酸盐-柠檬酸法合成了Ce0.8Sm0.2-xYxO1.9（x=0,0.05,0.10,0.15,0.20）粉体材料,并用其制备电解质陶瓷片。对合成粉体的结构、形貌、颗粒大小、烧结性能及电解质陶瓷片的电导率和电导活化能等进行研究,测量了以其为电解质的SOFC单电池在不同工作温度下的开路电压、放电伏安特性。结果表明：在所制备的5种电解质材料中,Ce0.8Sm0.15Y0.05O1.9具有较高的电导率和较低的电导活化能,用其组装的SOFC单电池输出功率和短路电流密度最大,在700-800℃最大输出功率密度已经达到实用化的要求,这种Ce0.8Sm0.15Y0.05O1.9材料可作为中温氧化物燃料电池的电解质。     

掺杂Mg~(2+)对NiFe_2O_4晶体结构及气敏性的影响

针对纯的镍铁尖晶石纳米材料对气体灵敏度较低问题,以硝酸铁、硝酸镍和硝酸镁作为反应物,柠檬酸作为凝胶剂,采用溶胶凝胶结合自蔓延燃烧工艺合成Ni1-xMgxFe2O4型纳米粉体,研究了金属镁离子掺杂对镍铁尖晶石晶体结构及气体灵敏度的影响.x-射线衍射仪(XRD)分析和扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明:干凝胶在250℃自燃所得的粉体即为NiFe2O4尖晶石相,Mg2+在NiFe2O4晶格中优先占据B位,部分占据A位.采用600℃热处理后的样品颗粒尺寸为30～50nm.气敏性能测试结果表明:当x为0.2,最佳工作温度为300℃时,Ni1-xMgxFe2O4型气敏元件对丙酮气体的灵敏度最高.     

掺杂对Al_2O_3/TiAl复合材料性能的影响

本研究采用Ti-Al-TiO2-La2O3体系,通过热压烧结工艺原位合成了Al2O3/TiAl复合材料.借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等分析研究了材料的物相组成和微观组织结构,同时分别将掺杂La2O3和掺杂Fe2O3对合成Al2O3/TiAl复合材料微观结构和力学性能的影响进行了对比.结果表明:掺杂La2O3合成的Al2O3/TiAl复合材料基体尺寸相对掺杂Fe2O3合成产物较小,分散更加均匀,致密度更高.当La2O3掺杂量为3.93wt%时,Al2O3/TiAl复合材料的抗弯强度和断裂韧性达到最大值,分别为701.95MPa和7.79MPa·m1/2.由于稀土氧化物具有对基体和增强颗粒的净化,细化晶粒等作用,因此提高了TiAl基体与Al2O3增强颗粒结合强度,所以掺杂La2O3合成材料的力学性能相比掺杂Fe2O3合成的产物较高.     

Eu~(3+)掺杂Gd_(9.33)(SiO_4)_6O_2微晶玻璃的制备及发光性能研究

采用高温熔融法制备Si O2-Na F-Na2O-Gd2O3-Eu2O3系基质玻璃,热处理后获得微晶玻璃.通过差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)、电子扫描电镜(SEM)和荧光光谱等对样品进行分析.XRD结果表明:基质玻璃经700、750℃热处理2~4 h获得含Gd9.33(Si O4)6O2的微晶玻璃.晶粒尺寸随热处理温度的升高和时间的延长而增大.荧光光谱研究结果表明:与基质玻璃相比,微晶玻璃的激发强度和发射强度明显增强,微晶玻璃中电荷迁移带发生偏移,5D0—7F1跃迁的发射峰出现劈裂,5D0—7F2与5D0—7F1跃迁强度比值减小,表明Eu3+进入Gd9.33(Si O4)6O2晶格中;微晶玻璃中5D0—7FJ特征发射峰和激发峰强度随热处理温度的升高和热处理时间的延长而增强.     

退火工艺对Nd掺杂Ca0．4Sr0．6Bi4Ti4O15薄膜的性能影响

利用Sol-Gel法、快速退火工艺在Pt(100)/Ti/SiO2/Si衬底上成功制备了Nd掺杂的Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15(C0.4S0.6NT)铁电薄膜.分别研究了退火工艺中热解温度、退火温度对C0.4S0.6NT薄膜取向及铁电性能的影响,并探讨了C0.4S0.6NT薄膜取向生长的微观机制.XRD衍射分析表明:350℃热分解温度得到的薄膜I(200)/I(119)达到最大;退火温度达到700℃,薄膜中的Bi2Ti2O7相全部转化成铋层状钙钛矿相;P-E电学性能测试显示:退火温度高有助于提高薄膜的剩余极化(Pr);350℃热分解温度,750℃退火温度得到高(200)取向的薄膜,铁电性能较好,Pr 和Ec分别为14.2μC/cm2和84.5kV/cm.