(La_(0.2)Ce_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2))_2Zr_2O_7:A novel high-entropy ceramic with low thermal conductivity and sluggish grain growth rate

Fine grains and slow grain growth rate are beneficial to preventing the thermal stress-induced cracking and thermal conductivity increase of thermal barrier coatings.Inspired by the sluggish diffusion effect of high-entropy materials,a novel high-entropy(HE) rare-earth zirconate solid solution(La_(0.2)Ce_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2))2 Zr_2 O_7 was designed and successfully synthesized in this work.The as-synthesized(La_(0.2)Ce_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2))_2 Zr_2 O_7 is phase-pure with homogeneous rare-earth element distribution.The thermal conductivity of as-synthesized(La_(0.2)Ce_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2))_2 Zr_2 O_7 at room temperature is as low as 0.76 W m-1 K-1.Moreover,after being heated at 1500 ℃ for 1-18 h,the average grain size of(La_(0.2)Ce_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2))_2 Zr_2 O_7 only increases from 1.69 μm to 3.92 μm,while the average grain size of La_2Zr_2O_7 increases from 1.96 μm to 8.89 μm.Low thermal conductivity and sluggish grain growth rate indicate that high-entropy(La_(0.2)Ce_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2))_2Zr_2O_7 is suitable for application as a thermal barrier coating material and it may possess good thermal stress-induced cracking resistance.     

Gd微量掺杂对Sm_2Ce_2O_7热物理性能的影响

以Gd_2O_3、Sm_2O_3和CeO_2为原材料,采用固相反应法制备了(Sm_(1-x)Gd_x)_2Ce_2O_7固溶体。对其相结构、显微组织和热物理性能进行了研究。结果表明,成功制备了具有单一萤石结构的(Sm_(1-x)Gd_x)_2Ce_2O_7固溶体;该系列固溶体显微组织致密,晶界清晰,其热导率随Gd~(3+)掺杂量先降低后增大,热膨胀系数均随着Gd~(3+)掺杂量的增加而降低。该系列固溶体有潜力用作新型热障涂层表面陶瓷层材料。     

Effect of Phase Structure Evolution on Thermal Expansion and Toughness of(Nd_(1-x)Sc_x)_2Zr_2O_7(x=0,0.025,0.05,0.075,0.1) Ceramics

Nd_2Zr_2O_7 is being explored as an alternate thermal barrier coating(TBC) material for operating above1300 °C, and great effort has been made to enlarge its thermal expansion coefficient(TEC) and improve its toughness. In this study, Sc_2O_3 was doped to Nd_2Zr_2O_7. The phase structure, TECs and toughness of((Nd_(1-x)Scx))_2Zr_2_O7(x= 0, 0.025, 0.05, 0.075, 0.1) compounds were investigated.((Nd_(1-x)Scx))_2Zr_2_O7(x = 0, 0.025,0.05, 0.075) exhibited pyrochlore structure, while((Nd_(0.9)Sc_(0.1)))_2Zr_2O_7 consisted of pyrochlore and fluorite phases. With the increase of the Sc_2O_3 content, the ordering degree of the pyrochlore in the compounds decreased. In((Nd_(1-x)Scx))_2Zr_2O_7 series,((Nd_(0.925)Sc_(0.075)))_2Zr_2O_7 exhibited the largest TEC, while the toughness of the compounds increased with increasing the Sc_2O_3 content. The related mechanisms were discussed based on the crystal structure analysis. Considering the TEC and toughness, 10 mol% Sc_2O_3 was suggested as the optimal doping content for Nd_2Zr_2O_7 ceramic.     

Dy掺杂对Sm_2Ce_2O_7热物理性能的影响

以Dy_2O_3、Sm_2O_3和CeO_2为原材料,采用固相反应法制备了(Sm_(1-x)Dy_x)_2Ce_2O_7固溶体。采用XRD技术分析了其相结构,用扫描电子显微镜观察了其显微组织,用激光脉冲法和推杆膨胀法测试了其热扩散系数和热膨胀系数。结果表明,成功制备了具有单一萤石结构的(Sm_(1-x)Dy_x)_2Ce_2O_7固溶体,该系列固溶体显微组织致密,晶界清晰。其热导率和热膨胀系数均随着Dy~(3+)掺杂量的增加而降低,但均满足热障涂层的要求。该系列固溶体有潜力用作新型热障涂层表面陶瓷层材料。     

(Sm_(1-x)La_x)_2Ce_2O_7(0<x<1)固溶体的热物理性能

以La_2O_3、Sm_2O_3和CeO_2为原料,采用高温固相反应法制备了(Sm_(1-x)La_x)_2Ce_2O_7(0x1)系列固溶体。并对其相结构、显微组织、元素组成、热物理性能进行了研究。X射线衍射分析表明,所合成的(Sm_(1-x)La_x)_2Ce_2O_7(0x1)系列固溶体具有典型的单一缺陷萤石型结构。扫描电镜分析表明,其显微组织十分致密,相对致密度92%,且各元素摩尔比与其化学式比较接近。其热导率随着La_2O_3掺杂量的增加而降低,并明显低于Y_2O_3部分稳定ZrO_2的热导率。其在1 000℃时的热膨胀系数处于11.83×10~(-6)/K至12.86×10~(-6)/K之间,明显高于YSZ的9×10~(-6)/K。该系列固溶体良好的热物理性能,表明其有潜力用作新型热障涂层表面陶瓷层材料。     

(Y,Ce)_2Zr_2O_7纳米粉体的制备及其发光性能的研究

运用燃烧法制备出单相(Y,Ce)_2Zr_2O_7纳米粉体,利用X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)与扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)等分析表征手段,研究了Y/Ce比、燃烧剂、烧结温度对晶体结构和粉体形貌以及颗粒大小的影响.同时,通过荧光光谱(Photoluminescence,PL)对Eu~(3+)离子掺杂的纳米粉体的发光性能进行了研究.结果表明,利用燃烧法可以快速高效地获得不同Y/Ce比的单相(Y,Ce)_2Zr_2O_7纳米粉体,Ce~(3+)离子的掺杂可以有效改善粉体分散性,且对晶体能带结构有一定影响,进而影响粉体的荧光性能.     

不同pH值对Eu_2Zr_2O_7/ZrO_2(3Y)粉体活化能的影响

用反向共沉淀法合成Eu_2Zr_2O_7/ZrO_2(3Y)复相粒子;用XRD、DTA-TG、SEM表征物相变化及粒子形貌;分析了不同pH值下制备粉体的合成动力学。结果表明,两相体积比V(Eu_2Zr_2O_7)∶V(ZrO_2(3Y))=15∶85,初始溶液浓度0.1 mol/L,体系温度0℃,滴定速率2 mL/min,pH值=11,经1 100℃煅烧2.5h时,获得的Eu_2Zr_2O_7/ZrO_2(3Y)粒子形貌近似球形、粒径约35nm。由Doyle-Ozawa和Kissinger法分别计算的pH值=11和12的样品物相变化各阶段的表观活化能平均值分别为59.66,100,310.53kJ/mol和73.99,126.91,356.74kJ/mol;晶粒生长活化能分别为18.96和23.90kJ/mol,前者比后者小了4.94kJ/mol,可见具有较高的烧结活性。     

Sm_(2-x)Y_xZr_2O_7陶瓷材料结构及热物理性能研究

采用固相合成法制备了Sm_(2-x)Y_xZr_2O_7陶瓷材料,分别对材料的物相组成、显微结构、热导率及热膨胀性能进行表征。结果表明,Sm_(2-x)Y_xZr_2O_7陶瓷材料(x≤0.8)的晶体结构为立方烧绿石结构,晶粒尺寸为1~3μm,室温~1 200℃范围内,陶瓷材料的热膨胀系数11.0×10~(-6)K~(-1),随着x值的增大,热扩散系数逐渐降低,热导率低至1.50 W/(m·K),显示出良好的热物理性能。     

介孔Ce_(1-x)Zr_xO_2材料的均匀共沉淀法制备与表征

以硝酸铈和硝酸锆为原料,尿素为沉淀剂,CTAB为模板剂,采用均匀共沉淀法,制备出具有介孔结构的Ce_(1-x)Zr_xO_2(x=0.1~0.4)材料。利用XRD、Raman光谱、BET、SEM和TEM等测试方法,对合成试样的晶体结构、微观形貌、孔结构等性能进行表征。实验结果表明制备的Ce_(1-x)Zr_xO_2材料主晶相为立方面心CeO2结构。Ce_(1-x)Zr_xO_2材料随着Zr~(4+)掺量增大,晶胞参数a逐渐减小,且BET比表面积呈现出先增加后减小的趋势;Ce_(0.9)Zr_(0.1)O_2试样BET比表面积随反应溶液中CTAB浓度增加逐渐增大,随煅烧温度升高而减小。当Zr~(4+)摩尔掺量为10%,CTAB的浓度为0.055mol/L,煅烧温度为500℃时,制备的Ce_(0.9)Zr_(0.1)O_2试样为直径约200nm的球形颗粒,BET比表面积达到了94.82m~2/g。     

微量添加Y对锆基非晶合金在盐酸溶液中耐腐蚀性的影响

采用真空单辊甩带法制备出成分为(Zr_(56)Al_(16)Co_(28))_(100-X)Y_X(X=0,2,4)的合金试样,利用X射线衍射(XRD)、电化学极化曲线和场发射扫描电镜(SEM)研究了Y对Zr-Al-Co非晶合金在1 mol/L HCl溶液中腐蚀行为的影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法分析耐蚀性的影响机理。结果表明,(Zr_(56)Al_(16)Co_(28))_(100-X)Y_X(X=0,2,4)非晶合金的耐腐蚀性能优于不锈钢(1Cr18Ni9Ti),适量地添加稀土元素Y能提高非晶合金费米能级,促进钝化膜形成,从而显著提高了非晶合金的耐腐蚀性。     

稀土(Ln=Y/Yb)掺杂对Sm2Zr2O7陶瓷材料结构及热导率的影响

利用稀土Ln=Y/Yb对Sm_2Zr_2O_7进行A位取代掺杂,通过固相合成法制得Sm1.8Ln0.2Zr2O7(Ln=Y/Yb)陶瓷材料。分别利用XRD分析材料的晶体结构,SEM观察其显微形貌,激光导热仪测试其热扩散系数并计算得到热导率。结果表明,Sm1.8Ln0.2Zr2O7(Ln=Y/Yb)陶瓷材料为立方烧绿石结构,晶粒分布均匀,Yb~(3+)/Y~(3+)的掺杂降低了陶瓷材料的热扩散系数和热导率,其中Yb的作用更为明显。     

无机固体电解质Li7La3Zr2O12的制备及掺杂改性研究进展

无机固体电解质由于其安全性能高、能量密度大等特点备受研究者的青睐。其中Garnet型锂离子无机固体电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)具有较高的离子导电率,较低的界面电阻,优良的稳定性能和电化学性能,在未来的全固态锂离子电池、锂空气电池等领域有着广阔的应用前景。主要从Li_7La_3Zr_2O_(12)的晶体结构、制备工艺和掺杂改性等方面详细阐述无机固态电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)的研究进展。     

不同方法制备的Al_2O_3包覆LiMn_2O_4正极材料的电化学性能

为了探索制备方法对锰酸锂(LiMn_2O_4)正极材料电化学性能的影响,以硝酸铝[Al(NO_3)_3·9H_2O]和锰酸锂为原料,分别通过溶胶-凝胶法、水热法和微乳液法制备了Al_2O_3包覆LiMn_2O_4正极材料。采用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(SEM)对试样的表面形貌进行了表征,采用充放电和循环寿命测试等方法研究了试样的电化学性能。结果表明:少量的Al_2O_3包覆对LiMn_2O_4材料的晶体结构并没有影响;溶胶-凝胶法制备的Al_2O_3涂层为无序二维纳米状的网络结构,水热法为纳米片状,微乳液法为棉花絮状,且不能完全包覆;包覆后的试样首次放电比容量都有所下降,但其具有较好的循环性能,其中,以溶胶-凝胶法制备的试样在25℃、1 C条件下循环450周,容量保持率为86.53%;55℃,1 C循环200周的容量保持率为85.46%;而纯相LiMn_2O_4在25,55℃条件下的容量保持率仅分别为57.84%,52.88%。     

RxCe0.8-xZr0.2O2催化剂的制备及催化碳烟燃烧性能研究

采用溶胶凝胶法制备一系列R_xCe_(0.8-x)Zr_(0.2)O_2(R=Mg,Ca,Sr和Ba,x=0,0.1,0.2和0.3)催化剂,并用X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、扫描电镜(SEM)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)和程序升温氧化(TPO)等技术对催化剂进行表征,同时考察该系列催化剂催化碳烟燃烧活性。研究结果表明,Zr~(4+)均能进入CeO2晶格中形成具有立方萤石结构的固溶体。在不同的接触条件下,样品Ba_(0.1)Ce_(0.7)Zr_(0.2)O_2催化碳烟燃烧活性均最高。在一系列样品Ba_(0.1)Ce_(0.7)Zr_(0.2)O_2中,催化剂与碳烟紧密接触条件下其催化碳烟燃烧时更能够反映出催化剂内在活性的大小,而松散接触时则更易受到接触条件的影响。     

Mg掺杂对Gd_2Ce_2O_7热导率的影响

以Gd_2O_3、MgO和Ce(NO_3).6H_2O为原料,采用溶胶凝胶法制备了(Gd_(1-x)Mg_x)_2Ce_2O_(7-x/2)固溶体。用X射线衍射法分析了固溶体的相组成,用扫描电镜观察了其致密块体样品的显微组织,用激光脉冲法测试了固溶体的热扩散系数。结果表明,成功制备了纯净的具有萤石结构的(Gd_(1-x)Mg_x)_2Ce_2O_(7-x/2)固溶体,其致密块体结构致密,晶界清晰,较多的氧空位使(Gd_(0.95)Mg_(0.05))_2Ce_2O_(6.95)具有最低的热导率,(Gd_(1-x)Mg_x)_2Ce_2O_(7-x/2)固溶体有潜力用作热障涂层表面陶瓷层材料。     

钒酸钡Ba_3(VO_4)_2合成过程的研究

Ba_3(VO_4)_2是最有希望实现低温共烧的微波介质陶瓷体系之一.以BaCO_3,V_2O_5为原料,在不同温度下进行合成反应,对合成样品进行XRD物相分析,研究合成目标相Ba_3(VO_4)_2的反应过程.结果表明:在粉料湿法球磨过程中,BaCO_3与V_2O_5已开始反应生成BaV_2O_6,球磨后烘干样品的XRD图中不存在V_2O_5的衍射峰.合成目标相Ba_3(VO_4)_2的中间产物有:Ba(VO_3)_2·H_2O,BaV_2O_6,Ba_2V_2O_7,Ba_3(VO_4)_2.合成反应在450'C时开始出现目标相,800℃时得到单相Ba_3(VO_4)_2.     

Na-Ni掺杂对Bi_2(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_2O_7陶瓷性能的影响

采用传统固相反应法制备Bi_2(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_2O_7基陶瓷.研究Na~+、Ni~(2+)分别替代Bi~(3+)、Nb~(5+)对Bi_2(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_2O_7陶瓷烧结特性和介电性能的影响.替代后样品的烧结温度从960℃降低到870℃左右.在-30℃～+130℃,陶瓷样品的温谱中出现明显的介电弛豫现象,弛豫峰所在温区较宽;当Ni~(2+)替代量增加到0.2时出现双弛豫峰.随着Ni~(2+)替代量增加,弛豫峰值温度向高温移动,弛豫激活能增加,两弛豫峰之间距增加.用缺陷偶极子和晶格畸变解释了Na-Ni掺杂Bi_2(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_2O_7的介电弛豫现象.     

YBa2Cu3O7—x超导材料的水解性质

以 Y_2O_3-BaO-CuO 三元系制备的 YBa_2Cu_3O_(7-x)超导材料对水和水蒸汽很敏感。超导相 YBa_2Cu_3O_((?)-x)与水的作用随温度升高而迅速增强,通常的水解产物为 Ba(OH)_2、Y(OH)_3和 CuO。这种性质起因于晶体结构的不稳定性,因为在这类钙钛矿型的超点阵结构中存在很多氧空位。室温下,YBa_2Cu_3O_(7-x)相与水的作用较弱,而杂质相 Ba_4Y_2O_7和 BaCuO_7等可与水迅速产生反应并释放热量,从而导致 YBa_(?)Cu_3O_(7-x)脱氧、水解。     

Y_2O_3和Gd_2O_3掺杂对硼硅酸盐玻璃耐海水性能的影响

本文通过高温熔融法制备了Y_2O_3和Gd_2O_3掺杂的硼硅酸盐玻璃,借助SEM、ICPAES、XRD和pH计等分析手段,探究了稀土掺杂对该玻璃耐蚀性能的影响及其在海水中的腐蚀机理。结果表明:单独掺杂不同量的稀土氧化物对玻璃耐海水性能的影响不同,理想的单独掺杂量分别为1.00mol%的Y_2O_3(ZBY4)和0.25mol%的Gd_2O_3(ZBG1);混合掺杂的试样在耐海水性能上均得到提高,其中最佳掺杂量为0.5mol%Y_2O_3+0.5mol%Gd_2O_3;基础试样腐蚀后表面析出Mg_4Al_2(OH)_(12)(CO_3)·_3H_2O晶体,ZBY4、ZBG1试样及所有混合掺杂试样表面均没有晶体产生。此外,玻璃在海水中的腐蚀与玻璃在去离子水中的腐蚀过程存在较大差别。     

矿化剂对磷酸锆基高温红色色料性能的影响

本文采用固相法以(NH_4)_2HPO_4、ZrO_2为原料,Ni_2O_3为着色剂,制备磷酸锆基高温红色色料,研究了六种不同单一矿化剂对陶瓷色料的呈色性能的影响,以及矿化剂ZnO的添加量对磷酸锆基高温红色色料性能的影响。通过XRD和紫外线可见光分光光度法对色料进行物相和色度分析。实验结果表明:在磷酸锆基高温红色色料中矿化剂的添加有利于色料的颜色更红更鲜艳,六种矿化剂的作用效果为ZnOKNO_3NaClH_3BO_3NH_4ClCaCl_2。当ZnO含量为0~1%时,由于Zr_2O(PO_4)_2少量的合成,色料的红色更亮,更鲜艳;继续增加ZnO含量(大于1%)时,ZnO的加入会使晶格活化,促进晶体Zr_2O(PO_4)_2的合成,致使主晶相由Ni_(0.5)Zr_2(PO_4)_3转变为Zr_2O(PO_4)_2,过多的Zr_2O(PO_4)_2导致色料吸收光的波长范围发生偏移,从而导致色料的颜色从红色变成黄色。