基于Nb掺杂Co_(3)O_(4)的高性能对二甲苯气体传感器

p型Co_(3)O_(4)具有优异的挥发性有机化合物(VOC)催化氧化活性,但其在空气中呈现空穴累积层(HAL)构型,导致本征Co_(3)O_(4)传感器的VOC响应较弱。利用共沉淀法合成了0~5%Nb掺杂的Co_(3)O_(4)纳米材料,缺陷与形貌表征结果表明高价Nb掺杂剂可诱导p型Co_(3)O_(4)发生晶格畸变及形貌改变,为对二甲苯气敏特性的提升发挥了重要作用。气敏测试结果表明:在最佳工作温度150℃下,3%Nb-Co_(3)O_(4)传感器对体积分数为100×10^(-6)的对二甲苯的响应从1.3(纯Co_(3)O_(4))提高到14;其选择性也得到了改善,可通过线性判别分析(LDA)准确识别9种不同气体。在为期15 d的稳定性测试中,其性能未有明显衰减。3%Nb-Co_(3)O_(4)表现出优异的对二甲苯传感器特性,为高性能p型金属氧化物半导体VOC传感器的设计提供了参考。

Nb掺杂对Mo_(2)FeB_(2)弹性、硬度和电子结构影响的第一性原理计算

Mo_(2)FeB_(2)具有耐高温、耐磨、高强度,是一种良好的硼基金属陶瓷材料,在模具领域有很广阔的应用前景.本文采用第一性原理计算的方法,研究了Nb元素掺杂Mo_(2)FeB_(2)合金的结构稳定性、弹性、硬度和电子结构.结合能和生成焓的计算结果表明,Nb在Mo_(2)FeB_(2)中更容易占据Fe位置,并且在Fe位掺Nb的Mo_(2)FeB_(2)比在Mo位处掺Nb具有更好的力学性能.此外,计算结果还表明,Nb掺杂可以提高Mo_(2)FeB_(2)的剪切模量、杨氏模量、体积模量和硬度,但塑性略有下降,合适的掺杂浓度应为2.5 at.%.电子结构计算结果表明,Nb掺杂Mo_(2)FeB_(2)力学性能的提高可归因于Nb-B共价键的形成.

低成本Nb掺杂Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质的性能与应用研究

固态电池因其在能量密度、循环寿命和安全性等方面的优异性能受到关注。其核心组件为固态电解质材料。具有石榴石结构的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)氧化物固态电解质由于具备宽电化学窗口、良好的离子传导性、稳定的化学性能及简单的制备工艺等特点而得到广泛研究。本研究采用Nb元素对LLZO进行掺杂,成功制备得到Li_(6.75)La_(3)Zr_(1.75)Nb_(0.25)O_(12)(LLZNO)氧化物固态电解质,其离子电导率达到了7.79×10^(-4)S/cm,且制备成本与未掺杂的LLZO相比无明显增加。将其涂覆在聚乙烯(PP)隔膜表面形成PP-LLZNO隔膜,表现出良好的热稳定性和离子电导率。与Al_(2)O_(3)涂覆隔膜或固态电解质Li_(6.75)La_(3)Zr_(1.75)Ta_(0.25)O_(12)(LLZTO)涂覆隔膜组装的电池相比,组装了PP-LLZNO涂覆隔膜的扣式电池和软包电池的容量保持率分别达到了84.99%(50圈)和57.40%(100圈),展现出更优异的性能。因此,高离子电导率和低成本LLZNO的制备对固态电解质的大规模生产及在固态电池中的广泛应用具有一定的参考意义。

Nb掺杂改性LiNiO_(2)正极材料的制备及电化学性能研究

高镍层状氧化物LiNiO_(2)具有高理论比容量和相对低廉价格,被认为是下一代锂离子动力电池的正极材料之一。当LiNiO_(2)正极材料应用于锂离子电池时,其循环稳定性无法满足要求,需经改性后才能得以应用。采用固相法合成了Nb掺杂的层状LiNi_(1-x)Nb_(x)O_(2)(x=0.005、0.01、0.015)正极材料,利用X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线能谱等测试手段,分析了Nb掺杂量(摩尔百分比)对其晶体结构、微观形貌及元素分布的影响,并通过恒电流间歇滴定和交流阻抗测试研究了其电化学性能。结果表明,随着Nb元素掺杂量的提高,LiNi_(1-x)Nb_(x)O_(2)材料的晶格晶面间距逐渐扩大,一次颗粒尺寸逐渐减小。在LiNiO_(2)材料中引入Nb^(5+)离子,提高了LiNi_(1-x)Nb_(x)O_(2)材料的锂离子扩散系数,并通过稳定晶体结构,抑制了Nb掺杂材料在充放电过程中的相变,有利于其电化学性能的提升。当Nb掺杂量为1%时,LiNi_(1-x)Nb_(x)O_(2)材料表现出较好的倍率性能,在10 C大电流密度下的放电比容量高达134.1 mAh·g^(-1);随着Nb掺杂量的增加,LiNi_(1-x)Nb_(x)O_(2)材料循环稳定性同步提升,当Nb掺杂量为1.5%时,LiNi_(1-x)Nb_(x)O_(2)材料经150次循环后的容量保持率为73.3%,远高于未掺杂LiNiO_(2)样品的36.2%。表明,Nb掺杂可改善LiNiO_(2)正极材料的晶体结构和电化学性能,为其在下一代锂离子动力电池的应用提供了理论依据。

Nb掺杂对Ca_(0.94)Ce_(0.06)Bi_(4)Ti_(4)O_(15)铋层状高温压电陶瓷电学性能影响研究

采用固相反应法制备了Ca_(0.94)Ce_(0.06)Bi_(4)Ti_(4-x)Nb_(x)O_(15)(CCBTN)铋层状高温压电陶瓷,研究了B位Nb掺杂对陶瓷晶体结构、微观形貌、介电、压电性能的影响规律。结果表明:制备的CCBTN陶瓷均具有单一的铋层状结构相,少量Nb掺杂有利于陶瓷压电常数及热稳定性能的提升。当Nb掺杂量x=0.06时,陶瓷具有最高的压电常数(d33=19.2pC·N^(-1)),是纯CBT陶瓷压电常数(d33=8 p C·N^(-1))的2.4倍,且退火至500℃时其压电常数仍保持室温值的90%以上,表现出较优异的热稳定性。同时,该陶瓷具有高的居里温度(Tc=769℃)、低的介电损耗(tanδ=0.65%)及高的电阻率(ρdc=2.0×10^(7)Ω·cm@500℃),是高温压电传感器制作的优异候选材料。

Nb和Co掺杂对PZT铁电薄膜电性能的影响

用Sol-Gel法在ITO玻璃衬底上制备了不同比例Nb和Co掺杂的PZT铁电薄膜,薄膜呈以(1 0 1)为首要方向的多晶结构.测试结果表明:Co掺杂的PZT薄膜的剩余极化、矫顽场、介电常数和漏电流密度均大于PZT薄膜的相应值,但在1 mol%到10 mol%Nb掺杂范围内漏电流密度随着Nb掺杂比例的增加而减小,薄膜的剩余极化强度和介电常数也有所减小.

Nb_2O_5掺杂对PZN-PZT压电陶瓷微观结构和电性能的影响

研究了施主掺杂离子Nb^5＋对Pb（Zn1/3Nb2/3）0.2Ti0.4Zr0.4O3 （PZN-PZT） 压电陶瓷微观结构和电性能的影响. Nb2O5加入量为0.0%～1.0%, 样品制备采用钶铁矿前驱体方法. 通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析, 确定了Nb2O5在钙钛矿主晶格中的固溶限度为0.5%左右. 少量Nb2O5能够抑制晶粒生长, 并导致四方相向三方相转变和晶体四方度的降低;而过量Nb2O5对晶粒尺寸、相转变和晶格畸变没有显著影响. 材料的电性能随Nb2O5加入量的增加而呈现极值型变化, 最优电性能在固溶限度处.

Nb、Y共掺杂对PZT陶瓷微结构和电学性能的影响

研究了在Pb(Zr0.52Ti0.48)O3基体中同时掺入高价离子Y3+和Nb5+后,固溶体Pb1.03-xYx[(Zr0.52Ti0.48)1-x]O3(x=0～0.05)的晶相、微观结构及电学性能.实验结果表明:共掺的Y3+和Nb5+离子抑制晶粒生长,改善材料的烧结致密度;随掺杂量x的增加,晶格常数c和晶格四方度c/a减小,晶相由四方相逐渐向菱形相转变,影响晶相和晶格参数的主要因素是Y3+离子;当掺杂量x=0.015时,材料的电性能最佳(介电常数ε33/εo=1366,压电系数d31=-139.8pN/V,e31=-9.2N/V·M,机电耦合系数kp=0.60和剩余极化值Pr=44).

Nb和Co掺杂对PZT铁电薄膜电性能的影响

用sol—gel法在ITO玻璃衬底上制备了不同比例Nb和Co掺杂的PZT铁电薄膜，薄膜呈以（101）为首要方向的多晶结构。结果表明，Co掺杂的PZT薄膜的剩余极化强度、矫顽场强、相对介电常数和漏电流密度均大于PZT薄膜的相应值，但在掺杂x（Nb）为1％-10％内漏电流密度随着Nb掺杂比例的增加而减小，薄膜的剩余极化强度和相对介电常数也有所减小。

Ni_(50)Ti_(49)Nb_(1)合金的马氏体相变行为与超弹性

通过室温拔丝与晶化退火工艺制得了不同晶粒尺寸的Ni_(50)Ti_(49)Nb_(1)和Ni_(50)Ti_(50)合金丝材。利用差示扫描量热仪(DSC)、电阻测试仪(ER)、X射线衍射仪(XRD)与透射电子显微镜(TEM)表征了样品的热致马氏体相变行为与微观组织结构,利用万能拉伸试验机测试了纳米晶样品在不同温度下的超弹特性。结果表明,两类合金的热致相变均随晶粒尺寸减小而愈发受制,当晶粒尺寸为纳米晶时,B19′相被完全抑制;低温时,纳米晶Ni_(50)Ti_(49)Nb_(1)样品R相受制更强。拉伸测试结果表明,纳米晶Ni_(50)Ti_(49)Nb_(1)样品在218~398 K温域内展现超弹性,显著优于纳米晶Ni_(50)Ti_(50)合金;前者相变临界应力以及应力滞后与温度呈非线性相关,与后者显著不同。研究结果有助于理解微量Nb掺杂对NiTi基合金相变行为与超弹性的影响规律,并为新型超弹合金设计提供思路。

Nb-Mo-V-TiO_(2)低温脱硝催化剂及其硫酸氢铵分解性能

通过浸渍法制备一系列Nb掺杂V-Mo-Ti催化剂,研究V_(2)O_(5)负载量及Nb掺杂量对催化剂低温脱硝活性的影响,并测试其硫酸氢铵分解性能。采用XRD、N_(2)吸附-脱附、H_(2)-TPR、NH_(3)-TPD、IR等测试手段对催化剂进行表征。结果表明,Nb掺杂促进了V-Mo-Ti的氧化还原性能,提升催化剂的表面酸性,使催化剂具有更加优异的低温脱硝性能;当空速5 000 h^(-1),反应温度180℃时,1.5Nb-6V-3Mo-Ti催化剂的脱硝效率达到100%。同时Nb掺杂提升了催化剂NO氧化能力,促进硫酸氢氨与NO反应的进行,提升催化剂的低温抗水硫中毒性能。

一步固相合成Nb掺杂LiFePO_4/C及其电化学性能

用廉价的三价铁离子化合物为铁源，以聚丙烯为还原剂和碳源，在一步固相法合成Nb掺杂LiFePO4的同时实现颗粒表面碳导电膜的原位包覆。结果表明：一步固相合成的Nb掺杂LiFePO4／C具有完整的橄榄石型LiFePO4晶体结构和近似球状的颗粒形貌，颗粒尺寸为100～500nm；聚丙烯分解后在颗粒表面和颗粒之间形成连通的网络状碳膜。电化学测试结果表明，当Nb的掺入量为1．0％（摩尔分数）时具有最好的倍率放电性能和循环性能；在2C充放电时具有130mA·h／g的放电容量，循环100次容量无衰减，在4C充放电时仍具有105mA·h／g的放电容量。

锰掺杂对硬性PZT材料压电性能的影响

研究了锰掺杂对ＰＺＴ材料微结构及压电性能的影响，并用ＥＳＲ确定了锰在ＰＺＴ材料中的价态．结果表明，锰在ＰＺＴ材料中主要以 Ｍｎ２＋和 Ｍｎ３＋的方式共存．锰在ＰＺＴ陶瓷材料中的“溶解度”约为１．５ｍｏｌ％．锰含量＜０．５ｍｏｌ％时，Ｍｎ将以Ｍｎ２＋和Ｍｎ３＋的方式优先进入晶格 Ｐｂ位，使材料的压电性能提高，表现出施主杂质特性；锰浓度处于 ０．５～１．５ ｍｏｌ％时，部分Ｍｎ将以Ｍｎ３＋或Ｍｎ２＋的方式进入晶格中（Ｚｒ；Ｔｉ）位，而此浓度范围内锰掺杂的ＰＺＴ材料同时表现出“软性”和“硬性”材料的压电特性．锰含量＞１．５ｍｏｌ％时，过量的Ｍｎ将在晶界积聚，使压电活性降低．少量Ｆｅ的存在，可使Ｍｎ离子的溶解度降低，并起到抑制Ｍｎ２＋和

Nb掺杂LiFePO_4/C的一步固相合成及电化学性能

用固相法一步合成了Nb掺杂的LiFePO4/C复合材料,研究了Nb掺杂量对材料电化学性能的影响.结果表明,Nb掺杂后LiFePO4/C复合材料的电化学性能明显提高.在0.5C、1C和2C充放电倍率下,名义成分为Li0.96Nb0.008FePO4/C正极材料的比容量分别为161、148和132mAh·g-1,已达到实用化水平.阻抗谱和循环伏安特性测试显示,Nb掺杂有效地降低了复合材料电极的阻抗和极化,说明Nb掺杂的主要作用是提高了LiFePO4的电子电导率.

Nb掺杂对Ti-Al合金化层抗高温氧化性能的影响

为提高钛合金TC4的抗高温氧化性能,采用激光表面合金化技术在钛合金表面制备不同Nb掺杂量的Ti-Al合金化层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、箱式电阻炉等对合金化层的组织结构和高温氧化行为进行分析测试。结果表明,合金化层主要组成物相为TiAl以及少量的Ti_3Al相。Nb主要以置换溶质原子的形式固溶于合金化层中。合金化层组织均匀,与基体呈典型的冶金结合,在不含Nb的Ti-Al合金化层中发现大量的表层裂纹及少量的贯穿性裂纹,而在Nb掺杂的合金化层中未发现明显的宏观裂纹。合金化层在800℃保温1000h的氧化增重显著低于基体,表现出优异的抗高温氧化性能。相比而言,随着Al含量和Nb掺杂量的提高,合金化层的抗高温氧化能力也随之提高。Nb掺杂提高Ti-Al合金化层抗高温氧化性能的作用机理包括减少TiO_2中的空位缺陷、细化氧化物颗粒及促进Al_2O_3的形成。

Sr和Mg掺杂对PZT压电陶瓷工艺与性能的影响

对 Sr2 +、Mg2 +掺杂后的 PZT制备工艺和性能进行了比较研究。结果表明 :掺锶 PZT的烧结温度降低 ,在 115 0℃致密度最高 ,而掺镁 PZT在相同温度下 ,致密度偏低。掺 Sr降低了 PZT的矫顽场 ,易于极化 ;而掺镁 PZT的电滞回线不对称 ,这可能是由于 Mg掺杂使 PZT的自发极化具有各向异性造成的。

Gd掺杂对PZT薄膜介电性能及极化行为的影响

采用sol-gel法在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上制备出高度(100)择优取向的Gd掺杂PZT薄膜(简写为PGZT);介电测试结果表明,1mol%Gd掺杂的PZT薄膜介电常数最大,2mol%Gd掺杂PZT薄膜与未掺杂薄膜的介电常数相差不大,Gd掺入量>2mol%时,薄膜的介电常数下降;薄膜的不可逆极化值呈现与介电常数相同的变化趋势,而可逆极化值变化较小.在弱电场下(低于矫顽场E_c),用瑞利定律分析薄膜介电常数随电场强度的变化规律,1mol%Gd掺杂的薄膜瑞利系数α最大,说明薄膜中缺陷的浓度最低.1mol%Gd掺杂的薄膜介电和铁电性能的改善与Gd^(3+)+在PZT品格中的占位情况有关.

铬掺杂对PZT-PMN陶瓷材料性能的影响

采用ＴＥＭ、ＳＥＭ、ＥＳＲ（电子自旋共振）结合常规压电性能测试手段研究了Ｃｒ２Ｏ３掺杂对ＰＺＴ－ＰＭＮ陶瓷的压电性能、微结构及畴态的影响．压电性能测试结果表明，当Ｃｒ２Ｏ３含量低于０．０６Ｗｔ％时，可使Ｋｐ和Ｑｍ同时提高，这说明铬掺杂同时兼具“软掺杂”与“硬掺杂”的双重特性．此外，还发现随着烧结温度的提高，材料性能“硬化”明显．ＥＳＲ谱分析表明，Ｃｒ离子主要以Ｃｒ３＋和 Ｃｒ５＋的方式共存，随着烧结温度的提高，它有从高价态 Ｃｒ５＋或Ｃｒ６＋向低价态转变的趋势，这一价态变化被认为是材料性能随烧结温度提高而“变硬”的主要原因之一．ＴＥＭ图片显示，随着掺杂的Ｃｒ２Ｏ３的浓度的增大，由于氧空位或受主离子与氧空位构成的缺陷复合体对畴壁的钉扎，电畴将从正规带状畴向波纹状畴转变．

Nb_2O_5掺杂对TiO_2陶瓷性能的影响

在Nb2O5含量X为0．1～1．5％的范围内，研究了Nb2O5掺杂对TiO2压敏陶瓷电性能的影响。发现x=0．7％的样品显示出最低的压敏电压（Eb=8．57V／mm）以及最高的相对介电常数2．385×10^4。分析认为Nb2O5掺杂的实质是Nb^5＋固溶于TiO2中取代Ti^4＋使晶粒半导化，但掺杂量受晶格畸变作用有一定限制。

PZT铁电薄膜的掺杂改性

用溶胶－凝胶方法制备了掺高价离子钇及过量Ｐｂ的ＰＺＴ铁电薄膜。探讨了添加剂对ＰＺＴ铁电薄膜的结构和电特性的影响。实验表明，过量ｒ（Ｐｂ）６％或掺高价离子ｒ（Ｙ）３％能较大地改善ＰＺＴ铁电薄膜的电性能。