La改性AZO-CaMnO3復(fù)合粉體的制備及其結(jié)構(gòu)與電性能研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,導(dǎo)電材料在航空、航海、鐵路、通信、化工、印刷等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛,在對(duì)導(dǎo)電材料需求量逐年增長(zhǎng)的同時(shí),也對(duì)導(dǎo)電材料提出了高性能、低碳、環(huán)保的發(fā)展要求。為了獲得性能優(yōu)異的導(dǎo)電材料,本文采用共沉淀法合成了鑭改性鋁摻雜氧化鋅(AZO)粉體材料,采用溶膠-凝膠自蔓延法合成了La改性CaMnO3粉體材料,并在此基礎(chǔ)上,采用超聲波前軀體無機(jī)-無機(jī)復(fù)合法合成了La改性AZO/CaMnO3復(fù)合粉體材料,并對(duì)合成材料的結(jié)構(gòu)、形貌和電

2、性能的變化進(jìn)行了研究。
　　在合成La改性AZO粉體材料的過程中,研究了煅燒溫度和摻雜濃度對(duì)La改性AZO粉體電性能的影響。結(jié)果表明:隨著煅燒溫度的升高和摻雜濃度的增大,La改性AZO粉體的室溫電阻率均呈現(xiàn)先降低后升高的"V"型變化規(guī)律。當(dāng)煅燒溫度為600℃,La摻雜濃度為8at％時(shí),La-AZO粉體的室溫電阻率最低,從2.793×108Ω·m下降至3.277×106Ω·m。La-AZO粉體具有較好的溫度穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性,適合應(yīng)

3、用在變溫導(dǎo)電材料中。XRD分析表明,隨著煅燒溫度的升高,Al的固溶程度先增大后減少,隨著Al摻雜濃度的變化,衍射峰向大角度的偏移影響著晶體的生長(zhǎng)方式。SEM分析表明,隨著煅燒溫度的升高,顆粒逐漸增大;隨著Al摻雜濃度的增大,顆粒逐漸細(xì)化,并出現(xiàn)片狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)煅燒溫度為600℃,Al摻雜濃度為8at%時(shí),顆粒大小均勻,顆粒間相互熔接更好。
　　在制備了La改性AZO粉體的基礎(chǔ)上,采用高溫固相燒結(jié)進(jìn)一步制備了La改性AZO陶瓷材料,結(jié)果

4、表明:高溫?zé)Y(jié)有效降低了室溫電阻率,AZO陶瓷材料的室溫電阻率呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì),從2.793×108Ω·m下降至98.095Ω·m。為了研究摻雜引起電性能變化的本質(zhì)原因,采用第一性原理對(duì)La改性AZO材料進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果表明:費(fèi)米能級(jí)附近的能帶主要由Zn的3d電子構(gòu)成,摻雜導(dǎo)致導(dǎo)帶底部產(chǎn)生了附加能級(jí),帶隙寬度減小,摻雜元素與其他元素間的離子鍵逐漸增強(qiáng),體系更加穩(wěn)定。
　　采用溶膠-凝膠自蔓延法制備了La改性CaMnO3粉體材料,研

5、究了La摻雜濃度及煅燒溫度對(duì)電性能、結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明,La的摻雜有力促進(jìn)了CaMnO3導(dǎo)電性能的提高。隨著煅燒溫度的升高和摻雜濃度的增大,La改性CaMnO3粉體的室溫電阻率均呈現(xiàn)出"V"型變化趨勢(shì),當(dāng)煅燒溫度為1050℃,La摻雜濃度為25at%時(shí),室溫電阻率最低,為0.352Ω·m,同時(shí)表現(xiàn)出較好的溫度和頻率穩(wěn)定性,呈現(xiàn)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特征。XRD分析表明:隨著煅燒溫度的升高,衍射峰強(qiáng)度升高,半峰寬變小;隨著La摻雜濃度的增大,衍射

6、峰強(qiáng)度減弱,半峰寬變大。SEM分析表明,隨著煅燒溫度的升高,粉體形成完整立方晶相,隨著摻雜濃度的升高,顆粒細(xì)化,顆粒間逐漸熔接,晶界減少。對(duì)La改性CaMnO3粉體進(jìn)一步進(jìn)行了高溫二次燒結(jié)。研究表明,高溫二次燒結(jié)促進(jìn)了樣品室溫電阻率的進(jìn)一步降低。當(dāng)La的摻雜濃度為25at%,二次燒結(jié)溫度為1100℃時(shí),室溫電阻率從0.352Ω·m下降至0.054Ω·m。高溫二次燒結(jié)使La改性CaMnO3粉體阻溫穩(wěn)定的區(qū)間增大。對(duì)La改性CaMnO3粉體

7、的XPS分析可知,元素含量的變化影響La占據(jù)CaMnO3晶體格點(diǎn)的位置,從而影響Jahn-Teller畸變和Mn3+t2g3eg1-O2--Mn4+-t2g3eg0雙交換模型的變化。
　　在La改性AZO和CaMnO3的基礎(chǔ)上,采用超聲波前軀體無機(jī)-無機(jī)復(fù)合法制備了La改性AZO/CaMnO3復(fù)合粉體材料,并進(jìn)一步進(jìn)行了高溫二次燒結(jié)。結(jié)果表明,隨著煅燒溫度的升高和復(fù)合配比的增大,復(fù)合粉體的室溫電阻率呈現(xiàn)"V"型變化趨勢(shì)。當(dāng)復(fù)合配比