烧绿石(La_(1-y)Nd_y)_2Zr_2O_7模拟固化^(241)Am的晶体结构稳定性研究

为研究241 Am在La2Zr2O7烧绿石中的固化行为及其对烧绿石晶体结构稳定性的影响,实验选用Nd作为241 Am的模拟物,采用Sol-喷雾热解法合成了(La1-yNdy)2Zr2O7(0.0≤y≤1.0)系列样品,并借助X射线衍射和振动光谱手段对样品的晶体结构稳定性进行了研究。实验结果表明:随着Nd掺杂量的增加,O48f位置参数x48f和I(111)/I(222)均呈规律性增大,Raman谱逐渐展宽,IR谱发生蓝移,所有结果均证实用Nd不断替换La将导致烧绿石晶体结构有序化程度逐渐降低。另外,实验发现掺杂量y≈0.8是烧绿石晶体结构发生几何相变的逾渗阈值,超过该阈值有序的烧绿石结构将发生突变进而加速向无序萤石结构转变,该实验结果可为(La1-yAmy)2Zr2O7固溶体的结构稳定性研究提供参考。

无机固体电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)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。

新型La_2Zr_2O_7环境障涂层的1300℃热冲击行为研究

采用化学气相沉积和原位合成工艺在Cf/SiC基体上制备了Si/3Al2O3·2SiO2/La2Zr2O7新型环境障涂层(Environmental Barrier Coatings,EBC),研究了EBC涂层在1300℃的抗热冲击性能。结果表明,涂覆Si/3Al2O3·2SiO2/La2Zr2O7涂层的Cf/SiC试样,在热冲击试验进行到121次时发生了过早剥落失效。试验过程中,3Al2O3·2SiO2中间层内的Al元素发生外扩散并在面层中发生反应生成LaAlO3,La2Zr2O7在1300℃高温热冲击环境下发生烧结和粉化,以及由于热膨胀系数差异造成的EBC涂层内残余应力的产生均是导致EBC涂层过早剥落失效的主要原因。

LiMn2O4与Li1.5Al0.5Ge1.5（PO4）3/Li7La3Zr2O12的复合正极材料制备及性能研究

正极材料在锂离子电池服役过程中的电化学稳定性是目前研究的热点之一,研究锰酸锂复合正极材料,探索改善正极材料电化学稳定性的工艺与方法。采用高温固相法制备LiMn2O4和NISICON结构的Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、石榴石结构的Li7La3Zr2O12,将LiMn2O4和Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3/Li7La3Zr2O12以9∶1的比例混合制备复合正极材料。利用X射线衍射仪分析其物理性能,组装成扣式电池,通过恒流充放电测试、循环伏安测试、阻抗测试等进行电化学性能分析。结果表明,LiMn2O4/Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3复合正极材料和LiMn2O4/Li7La3Zr2O12复合正极材料依然为尖晶石结构,材料结晶度良好。其中,LiMn2O4/Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3复合正极材料衍射峰相对尖锐,峰强较大。充放电测试表明,LiMn2O4/Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3复合正极材料的放电比容量比LiMn2O4/Li7La3Zr2O12复合正极材料的放电比容量高,化学反应的可逆性更佳。所以,LiMn2O4/Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3复合正极材料的性能优于LiMn2O4/Li7La3Zr2O12复合正极材料。

无机固体电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)的研究进展

目前,采用固体电解质代替传统电解液发展新型全固态锂离子电池,已成为解决电池安全问题、提高电池储能密度的一项重要的技术方法。固体电解质材料作为全固态锂电池的核心,它的性能很大程度上决定了电池的各项性能指标。迄今被研究过的无机固体电解质材料有很多,包括NASICON型、LISICON型、钙钛矿型和石榴石型等晶态固体电解质,和氧化物及硫化物等玻璃态固体电解质,其中石榴石型结构的Li_7La_3Zr_2O_(12)材料具有优异的综合电化学性能,使其更具实际应用潜力和研究价值。实验与理论计算结果表明该材料具有较高的锂离子电导率(10^(-4)～10^(-3)S·cm^(-1)),能与负极金属锂及大部分正极材料稳定接触,电化学窗口高达6 V。根据近年来国内外在该类材料上的研究现状,主要从Li7La3Zr2O12的晶体结构特征、制备方法及掺杂改性等方面进行了详细介绍,最后阐述了Li_7La_3Zr_2O_(12)固态电解质材料在全固态锂电池中的发展前景及面临的挑战。

石榴石型固体电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)的研究进展

固态电解质主要包括聚合物固态电解质、无机固体电解质、薄膜固态电解质。简单介绍了无机固体电解质的分类,着重阐述了无机固体电解质锂镧锆氧(Li_7La_3Zr_2O_(12))的合成方法、掺杂和表面修饰研究进展,并展望了研究前景。

掺杂量及烧结温度对W掺杂Li7La3Zr2O12陶瓷电解质性能的影响

采用固相反应法制备W掺杂Li7La3Zr2O12(Li7-2xLa3Zr2-xWxO12)陶瓷电解质,探究掺杂量及烧结温度对样品烧结特性、晶体结构、显微形貌及离子电导率的影响。结果表明:W掺杂可以稳定立方相Li7-2xLa3Zr2-xWxO12,当x=0.3时,1200℃烧结20h制备的样品30℃下离子电导率达到最高值5.77×10-4S/cm,相较于未掺杂样品提高一个数量级;以x=0.3为固定掺杂量、改变不同烧结温度,1180℃烧结20h获得的样品离子电导率达到最高为7.05×10-4S/cm。当x=0.1~0.3时,晶粒尺寸分布均匀,在10~20μm左右;当x=0.4时,产生晶粒熔合现象且有晶体析出,这种特殊的显微形貌导致样品电性能劣化。

柠檬酸盐溶胶-凝胶法制备La_2(Ce_xZr_(1-x))_2O_7纳米粉体

采用柠檬酸盐溶胶凝胶法制备出了La2(CexZr1-x)2O7纳米粉体,利用TG-DTA、XRD、SEM等方法对粉体进行了研究。结果表明:制备出的纳米粉晶粒在25 nm左右;粉体在600℃附近具有稳定的晶体结构;La2Zr2O7为烧绿石结构,La2(CexZr1-x)2O7的晶体结构为近似Ce4O7的萤石结构;随着柠檬酸含量的增大,得到蓬松絮状的粉体。

Ta^5+掺杂Li7La3Zr2O12的合成及其性能研究

本文采用固相法制备了Ta^5+掺杂的石榴石型无机固体电解质Li7-xLa3Zr2-xO12(xTa-LLZO),研究了不同的掺杂量对材料性能的影响.通过X射线发射光谱(XRD)、冷场发射电子扫描电镜(FESEM)和电化学阻抗(EIS)对材料进行物理表征和阻抗测试,并且组装LiFePO4//LLZTO//Li全固态锂电池测试电池的循环稳定性.结果表明,随着Ta^5+掺杂的增加,材料呈现出一个单一的立方相结构,当Ta^5+掺杂量为14.09wt.%(即x=0.3)时,材料的室温离子电导率达到最大(2.58×10^-4S·cm^-1),呈现出稳定的立方相结构且具有相对较高的致密度(89.16%),并具有较稳定的循环稳定性,经过50个循环后容量保持率依然保持到88.67%左右.

Ba、Ga共掺杂对石榴石型固态电解质Li7La3Zr2O12显微组织及电导率的影响

采用固相法合成了Ba与Ga共掺杂的Li7La3Zr2O12(LLZO)石榴石型固态电解质粉末,再结合常压烧结制备了Ba、Ga共掺杂LLZO样品。采用X射线衍射、扫描电镜、能谱分析和交流阻抗法对样品的物相结构、微观形貌、成分分布及电导率进行了表征。结果表明,在烧结温度1100℃下得到了立方相的LLZO固态电解质。当Ga的含量在LLZO化学式中为0.15,Ba掺杂量从0增加至0.15(Ga 0.15 Bax-Li 6.55+x La3-xZr2O 12,x=0~0.15)时,LLZO样品的平均晶粒尺寸从14μm下降到4μm,30℃时晶界电导率由1.54×10^-5 S·cm^-1提升到2.22×10^-4 S·cm^-1。Ba作为一种烧结剂,改善了材料的烧结性能,降低了材料的平均晶粒尺寸,使晶粒与晶粒连接得更紧密。Li 6.7 Ga0.15La2.85Ba0.15Zr2O12样品在30℃下的总电导率为2.11×10^-4 S·cm^-1,远高于单独掺杂Ga时Li6.55Ga0.15La3Zr2O12样品的总电导率(σ=1.40×10^-5 S·cm^-1),由此可见,Ba、Ga共掺杂极大地提高了LLZO的锂离子电导率。

La_2(Zr0.7Ce0.3)_2O_7——新型高温热障涂层

采用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)制备了新型La2(Zr0.7Ce0.3)2O7(LZ7C3)热障涂层。研究了涂层的组分、显微结构、表面和横截面形貌以及恒温氧化行为。结果表明:涂层中La2O3/ZrO2/CeO2的相对含量偏离了化学计量比,但X射线衍射(XRD)相结构与靶材非常相似。通过CeO2掺杂后,LZ7C3体材料的热膨胀系数比La2Zr2O7(LZ)大;在1100℃恒温氧化890h的条件下,LZ7C3涂层的抗氧化增重性能明显优于传统的Y2O3部分稳定化的ZrO2(8YSZ)涂层。此外,热膨胀不匹配、黏结层氧化和陶瓷涂层内部微观裂纹的出现可能是导致LZ7C3涂层恒温氧化失效的主要原因。

稀土Dy和Ce共掺杂La2Zr2O7新型热障涂层用陶瓷材料

用化学沉淀法制备了稀土Dy和Ce共掺杂La_2Zr_2O_7新型热障涂层用陶瓷粉末La_(1.7)Dy_(0.3)(Zr_(0.8)CeZr_(0.2))_2- O_7(LDCZ).通过X射线衍射、扫描电镜、高温膨胀仪、DSC和激光热导仪对粉末相结构、不同煅烧温度下的相组成、微观结构、高温相稳定性、热膨胀系数和导热系数进行了分析.结果表明,稀土共掺杂的La_(1.7)Dy_(0.3)(Zr_(0.8)CeZr_(0.2))_2O_7保持了烧绿石结构,120℃时粉末为无定形的混合氧化物,900℃时转化为复合氧化物,1200℃时转变为单一的烧绿石相;高温下LDCZ无明显相变;添加Dy和Ce不仅可提高锆酸镧的热膨胀系数,使其高于8YSZ的热膨胀系数,并可使其导热系数较La_2Zr_2O_7降低25%以上,达到1.28～1.07W/m·K.

锌掺杂Li7La3Zr2O12固体电解质材料的制备及电化学性能研究

石榴石型结构的Li7La3Zr2O12(LLZO)因具有较高的离子电导率及与金属锂具有电化学稳定性成为锂离子电池固体电解质材料的选择之一。但是在面向应用上,LLZO材料的锂离子电导率仍存在提升的空间。文章采用固相反应法以Li2CO3、La2O3、ZrO2、ZnO为原料合成出Li7-2xZnxLa3Zr2O12(Zn-LLZO;x=0、0.01、0.03、0.05)粉体,经压制成形后在1230℃下烧结5h。采用XRD,SEM,EIS等对烧结体的组成性能等进行测试分析。考察了Zn掺杂量对Li7La3Zr2O12烧结体微观组织和总电导率的影响。结果表明,随着Zn掺杂量增加,Zn-LLZO烧结体样品的孔隙率减少,致密度逐渐提高。当Zn掺杂量x=0.03时,Zn-LLZO样品的总电导率随Zn掺杂量的增加而逐渐提高。当Zn掺杂量进一步增加到x=0.05时,总电导率开始下降。在x=0.03时,Zn-LLZO样品的总电导率达到最大值,1.14×10^-4Scm^-1,电导活化能为0.27eV。初步试验结果表明,Zn掺杂有利于制备高致密度和高电导率的Zn-LLZO固体电解质材料。

电子束物理气相沉积La2Zr2O7热障涂层研究

为克服传统热障涂层材料YSZ耐温性能和隔热性能的不足，以ZrO2和La2O3为原料，采用无压烧结法合成了烧绿石结构化合物La2Zr2O7，用电子束物理气相沉积（EB—PVD）法在高温合金基体上制备了La2Zr2O7涂层，分析了涂层的成分，并对其显微结构、热物理性能与传统YSZ热障涂层进行了对比研究。结果表明，La2Zr2O7涂层成分处于P结构范围内，呈典型的柱状晶结构，柱状晶头部呈明显的金字塔形状。与传统YSZ柱状晶相比，La2Zr2O7涂层的柱状晶紊乱度更大，尺寸更加细小，并且柱状晶上的树枝状亚晶更多。在25～1200℃范围内，La2Zr2O7涂层的热导率最大为0．985W／（m·K），最小为0．796w／（m·K），大大低于同条件下的YSZ涂层。低本征热导率、小柱状晶直径、大紊乱度、密度轻及高孔隙率是造成La2Zr2O7涂层低热导率的主要因素。

热障涂层用La_2Zr_2O_7粉末研究进展

介绍了La2Zr2O7的结构及作为热障涂层材料的热力学性能;综述了国内外制备La2Zr2O7粉末的方法及其工艺对产物性能的影响;论述了La2Zr2O7用作热障涂层的优缺点和有待解决的问题。

La_2M_2O_7(M=Ti,Zr)多晶粉末的低温水热合成及表征

低温水热合成是水热化学一个活跃的研究方向，在氧化物粉末的合成方面具有潜在的应用价值．Ｌａ２Ｍ２Ｏ７（Ｍ＝Ｔｉ，Ｚｒ）陶瓷材料的优良特性使其多晶粉末的合成倍受关注［１，２］．传统的固相反应需在高温（＞１７７３Ｋ）下才能合成Ｌａ２Ｍ２Ｏ７［３］，Ｓｏｌ－...

La_2Zr_2O_7弹性常数及最低热导率的第一性原理计算

采用基于第一性原理的赝势平面波法计算了新型热障涂层陶瓷材料La2Zr2O7的弹性常数和热力学性质。计算结果表明:优化后的La2Zr2O7的晶格常数为1.0934 nm,当O(48f)的位置参数为0.329时其晶胞总能量最低;由计算得到的三个弹性刚度张量C11,C12,C44、体弹性模量B和剪切模量G可知La2Zr2O7的结构非常稳定;La2Zr2O7的杨氏模量E=201.50GPa,泊松比为0.274,同性系数为0.733,具有一定的脆性;计算得到的La2Zr2O7德拜温度为619.4K,等容比热为274.3J.mol-1.K-1,最低热导率为1.31W.m-1.K-1,与利用激光脉冲法在1473K测得的热导率1.55 W.m-1.K-1相比,相差15.48%。

沉淀剂对La_2Zr_2O_7制备过程的影响

分别采用氨水和草酸铵作沉淀剂,通过化学共沉淀法制备了单相La2Zr2O7粉末。利用DSC-TGA和XRD等方法对LZ前驱体的煅烧分解过程、产物物相进行了分析和表征。结果表明：氢氧化物前驱体在400～750℃分解得到无定型的复合氧化物,800℃保温2.5h即完成相转变形成单相组分的La2Zr2O7;而草酸盐前驱体在400～650℃草酸盐发生分解得到无定型氧化镧、氧化锆的混合物;700℃以后,La（OH）3的分解、无定型氧化物晶化得到六方结构氧化镧与单斜相氧化锆、Zr^4＋扩散到La2O3晶界生成La2Zr2O7等三个反应同时进行。获得单相组分La2Zr2O7的煅烧条件至少要1450℃,保温2.5h。草酸盐前驱体中镧和锆两种成分局部的分布不均匀是造成其处理温度比氨水法要高的直接原因。

La_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7纳米粉体的制备与表征

采用化学沉淀法制备了高性能热障涂层用La2（Zr0.7Ce0.3）2O7陶瓷粉体。通过TG-DSC、XRD、SEM及TEM对前驱体的烧结温度、粉体物相及微观结构进行了分析。结果表明：制备的粉体为纳米级,且颗粒分布均匀,粒径大约30-50 nm;La2（Zr0.7Ce0.3）2O7是由烧绿石结构的La2Zr2O7固溶体和萤石结构的La2Ce2O7固溶体复合组成。

La_2Zr_2O_7∶Eu发光材料的共沉淀法制备与表征

采用共沉淀法制备La2Zr2O7∶Eu纳米粉体。采用热分析和XRD研究了前驱沉淀物在不同热处理温度下的物相组成。采用SEM观察所制备纳米粉体的显微形貌。使用荧光光谱仪测试了样品的激发光谱和发射光谱。结果表明,1200℃热处理2 h制备的La2Zr2O7∶Eu纳米粉体颗粒基本上呈球状,分散性较好,粒径分布在30-50 nm。光谱分析表明,La2Zr2O7∶Eu纳米粉体的激发光谱属于Eu^3＋的特征谱带,其中强度最大的峰值位于285 nm的谱带,属于O2--Eu^3＋的电荷迁移带。样品的发射光谱分布于570~650 nm之间,主发射峰位于585 nm。Eu^3＋的最佳掺杂量为5 mol%。