La0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜的制备及其电学性能

采用离子束溅射法在氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）和SiO2衬底上溅射＜薄膜，测试了不同工艺制备的La0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜样品的XRD谱和电导率。分析了薄膜表面微结构以及电学性能。结果表明：在YSZ衬底上生长的La0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜随着热处理温度的升高取向增强，当薄膜经过750℃热处理后结晶度最好；各样品直流电导率在低温段的Arrhenius曲线近似为直线，表明材料的导电行为符合小极化子导电机制；交流电导率在低频段（＜100kHz）电导率主要是靠晶界导电贡献的，而在高频区（＞100kHz），样品对交流电响应更加明显，电导率主要是靠晶粒导电贡献的。

BST/LSCO异质结构的研究

利用脉冲激光沉积法在STO（001）基片上外延生长了La0.5Sr0．5CoO3（LSCO）导电氧化物薄膜，研究了基片温度对LSCO薄膜结构和电性能的影响，并制备了Ni-Cr／BST／LSCO多层膜结构。XRD谱发现，沉积温度在450-700℃均能得到高度（001）取向的LSCO薄膜，LSCO（002）峰的半高峰宽FWHM=0.1°～0.2°；在LSCO薄膜上制备的BST介质膜具有良好的c轴取向和较高的表面平整度，其εr约为470，tgδ为0．036-0.060。

La_(0.5)Ba_(0.5)CoO_3中Y的替代效应

用固相反应法制备了La0 .5-xYxBa0 .5CoO3多晶材料 ,系统研究了Y的替代对材料磁性和输运特性的影响 ,结果发现 ,Y的掺入主要产生了两种效应 ,一是Y向Co的 3d轨道产生了电荷转移 ,使分子磁矩下降 ,二是出现了Co离子的反铁磁交换作用 ,当Y含量少于或等于 0 .3时 ,材料中出现了自旋的非共线结构。当Y含量大于 0 .3时 ,材料从铁磁态为主转变为反铁磁态为主。对不同Y含量的材料 ,其导电机制都属于极化子的变程跳跃导电 ,随Y含量增加 ,材料电阻率迅速增大。

新型中温固体氧化物燃料电池阴极材料Fe掺杂Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3性能研究

本文系统研究了新型中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料Sm0.5Sr0.5Co1-xFexO3-δ(SSCF)的晶体结构、热膨胀系数、导电率及电化学性能。固相合成的Sm0.5Sr0.5Co1-xFexO3-δ化合物均为单相材料,随着掺Fe量的不同,SSCF的晶体结构发生变化,在0≤x≤0.4时,SSCF为正交晶系钙钛矿结构,在0.5≤x≤0.9时,SSCF为立方晶系钙钛矿结构。Fe掺杂可以显著的改善Sm0.5Sr0.5CoO3的热膨胀系数,随着Fe含量的增加,热膨胀系数减小。在800℃下,SSCF导电率均大于100S·cm-1。随着Fe含量的增加,极化电阻增大;含量x=0.4时,极化电阻达到最大值;之后,随Fe含量的增加,极化电阻减小,在700～800℃时,Sm0.5Sr0.5Co0.2Fe0.8O3-δ表现出了良好的氧催化活性。

离子束溅射La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)薄膜的XRD和XPS研究

采用离子束溅射法在氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)和铝酸镧(LaAlO3)上溅射RE0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜,测试了薄膜的XRD、XPS谱、分析了表面微结构及化学状态。实验表明,随着热处理温度的升高,La0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜在YSZ和LaAlO3上生长时有取向增强的趋势,并且晶粒度增大,晶格氧减少,氧空位增加,氧输运性能提高。当热处理温度为750℃时薄膜结晶度最好,晶粒度最大,氧输运性能最好。

钙钛矿型氧化物Ln_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3的制备与电输运性能

采用固相反应法合成钙钛矿氧化物材料Ln0.5Sr0.5CoO3(Ln=La,Pr,Nd,Sm,Eu)的超细粉体,研究了不同稀土元素掺杂时的晶体结构和电输运性能,分析了该钙钛矿体系结构的形成过程。实验表明,当烧结温度达到1200℃时,通过固相反应法可以形成稳定的单一的钙钛矿相。样品电导率在700℃附近出现最大值,低温段的导电行为符合小极化子导电机制,La0.5Sr0.5CoO3材料的电导率在中温范围内最大,适合作为中温固体燃料电池的阴极材料。

La_(0.5)RE_(0.3)Sr_(0.2)FeO_(3-δ)(RE=Nd、Ce、Sm)体系双稀土阴极材料的制备与电性能

采用甘氨酸-硝酸盐法(GNP)合成了La0.5RE0.3Sr0.2FeO3-δ(RE=Nd、Ce、Sm)系列复合氧化物粉体.用X射线衍射(XRD)和TG-DSC分析了样品钙钛矿物相的形成过程,用Archimedes排水法测量体积密度并计算烧结样品的相对密度,用四端子技术测量电导率.结果显示,掺Nd的样品1200℃烧结2h成为单一立方钙钛矿结构,掺Ce样品有明显的CeO2立方相析出,掺Sm样品主相为钙钛矿结构伴有微弱的杂峰.1250℃烧结2h的La0.5Nd0.3Sr0.2FeO3-δ在600℃时电导率高达100S·cm-1以上,明显高于La0.5Ce0.3Sr0.2FeO3-δ及La0.5Sm0.3Sr0.2FeO3-δ样品的电导率,预示着La0.5Nd0.3Sr0.2FeO3-δ可能是一种良好的中温固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料.

La_(0.5-x)Nd_xBa_(0.5)CoO_3化合物的磁性和输运特性

在La0 .5Ba0 .5CoO3 化合物中用Nd对La进行了替代研究 ,结果表明 ,Nd的掺入未改变Co3d电子的巡游性。随Nd含量增大 ,材料的分子磁矩单调下降 ,当Nd含量大于或等于 0 .45时 ,材料中出现了磁性相分离。当x≤ 0 .45时 ,随Nd含量增加 ,材料的居里温度单调下降 ,这是由于稀土离子的尺寸效应。电阻测量表明 ,在所研究的温度范围内 ,在居里点以下 ,材料属热扩散导电。

掺银的Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料的制备与性能研究

采用硝酸盐分解方法在Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)中掺入少量的银(Ag),形成可用于SOFC的多孔阴极材料(SSC-Agx)。通过X射线衍射测试确定了材料的物相组成;用SEM观测了中温电解质Ce0.8Sm0.2O1.9表面涂层电极的微结构;利用电化学极化曲线和阻抗谱研究了这些材料中低温(500～800℃)电化学性能,确定掺Ag量和烧结温度对阴极电化学性能的影响。结果表明,SSC在中温区掺20%Ag时具有最佳的电化学性能,在600℃阴极总阻抗是SSC的1/11,在750℃为SSC的1/4,SSC中掺Ag是提高阴极在中温区电化学性能的有效途径。

La_(0.75)Sr_(0.25)Cr_(0.5)Mn_(0.5)O_3的制备及其NO_2气敏性能

利用高温固相反应法和溶胶-凝胶法制备了La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3钙钛矿复合氧化物粉体。采用XRD,TEM对粉体物相组成及颗粒形貌进行表征,并以制备的两种粉体作为敏感材料分别制成管状传感器,测试了其NO2气敏性能。结果表明:采用高温固相反应法和溶胶-凝胶法在不同焙烧温度下,均可制得单相La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3粉体,采用溶胶-凝胶法在800℃焙烧2 h得到的粉体粒径约为20 nm;传感器输出电动势信号对NO2浓度之间呈良好的线性关系;溶胶-凝胶法制得粉体的气敏性能优于高温固相反应法制得粉体的气敏性能。

La_(0.5)Sr_(0.5)MnO_3纳米晶体的制备与电磁性能研究

以柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶(sol-gel)自燃烧方法制备了La0.5Sr0.5MnO3纳米晶体。使用FT-IR,DSC-TG,XRD,波导方法对反应、反应产物以及反应产物的电磁性能进行了研究。结果表明,在凝胶中,金属离子与柠檬酸以络合物的形式存在。凝胶在273℃基本完成自燃烧反应。生成的La0.5Sr0.5MnO3纳米晶体为钙钛矿结构,随着反应温度的提高,产物的粒径逐渐增大。电磁性能结果表明,La0.5Sr0.5MnO3在8GHz^12GHz的微波范围内具有明显的介电损耗。随着厚度的增加,混合媒质的反射率逐渐增加,反射率吸收峰随着厚度的增加向低频移动。

化学共沉淀法低温合成La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3多晶

分别以草酸铵和碳酸氢铵为沉淀剂,用化学共沉淀法制备了La0.5Sr0.5CoO3（LSCO）样品。用XRD分析了物相、结构与晶粒大小,用电阻-温度系统绘制了电阻-温度曲线。结果表明,1150℃烧结,用草酸铵和碳酸氢铵法制备的La0.5Sr0.5CoO3均为单一立方钙钛矿多晶。晶体参数分别为0.384、0.383nm。晶粒垂直于（110）面的尺寸分别为37nm与32.8nm。草酸铵作沉淀剂的烧结温度比碳酸氢铵的低,比固相烧结反应法的低至少150℃。La0.5Sr0.5CoO3均为半导体,有良好的电阻-温度关系,190-280时两种沉淀剂法制备的LSCO的平均激活能分别是30、150eV。

Ln0.5Sr0.5CoO3-δ阴极薄膜材料的XRD和XPS研究

采用离子束溅射法在氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)衬底和铝酸镧(LaAlO3)衬底上溅射Ln0.5Sr0.5CoO3-δ(Ln=La,Pr,Nd)薄膜。测试了不同工艺制备的Ln0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜的XRD谱和XPS谱,研究了不同衬底上Ln0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜微结构及化学状态。结果表明,在YSZ衬底上制备的Ln0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜氧空位浓度相应的高于在LaAlO3衬底上的氧空位浓度,Nd0.5Sr0.5CoO3-δ/YSZ薄膜的氧空位浓度最高,有利于提高氧离子的输运性。

复合掺杂氧化物La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(2.91)的性能和稳定性

采用固相反应法和柠檬酸-硝酸盐溶胶-凝胶低温自蔓延燃烧法（简称柠檬酸法）合成了La0.5Sr0.5CoO2．91（LSC）复合氧化物。借助XRD和SEM对不同制备方法合成粉体的晶体结构和晶粒形貌进行了研究。结果表明：固相反应法可制得均一钙钛矿结构的LSC氧化物，柠檬酸法除制得LSC氧化物外，还有LaSrCoO4相的生成。柠檬酸-硝酸盐溶胶-凝胶低温自蔓延燃烧法合成粉体的粒度相对较小。为研究以Ce0．9Gd0.1O1．95（GDC）为电解质的固体氧化物燃料电池阴极材料的性能，将LSC粉体与GDC粉体按6：4（质量比）制备了固体氧化物燃料电池（SOFC）的阴极片。在空气气氛下使用直流四探针法研究了烧结样品300～800℃的电导率，发现由柠檬酸法得到粉体制备的阴极片的电导率值较高。将制备的样品置于马弗炉中800℃条件下烧结800h，比较失效前后电导率的变化情况，并借助XRD，SEM等测试手段分析样品电导率变化的原因。分析发现，失效后两种样品的电导率值都有所降低，且样品中都有新相生成，晶体形貌有较大的变化。

柠檬酸法和聚乙烯醇法制备La0.8Sr0．2Co0．5Fe0.5O3纳米材料工艺过程及微观形貌比较

以分析纯的硝酸镧、硝酸锶、硝酸钴和硝酸铁为原料,通过柠檬酸法(Citrate)和聚乙烯醇法(PVA)合成了LSCF纳米粉体。采用热重(TG)、差热分析(DTA)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)和BET等技术比较研究了两种方法合成LSCF的成胶过程,晶相形成过程和微观形貌等的异同,并比较了它们的制备成本。结果表明,二种方法均在800℃煅烧可得到钙钛矿纯相,成相过程中都有碳酸锶生成。柠檬酸法和聚乙烯醇法所得粉体粒度分别30.8nm和34.2nm;比表面积分别为37.4m2/g和28.2m2/g。聚乙烯醇法的制粉周期较短、合成过程要求没有柠檬酸法严格、制备成本也稍低,因此聚乙烯醇法更适于商业化生产。

离子束溅射法制备La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3薄膜的拉曼光谱分析

采用离子束溅射在氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)和铝酸镧(LaAlO3)上制备了La0.5Sr0.5CoO3的钙钛矿薄膜。利用拉曼光谱,研究了不同热处理温度和不同衬底对LSCO薄膜材料的晶体结构、分子振动模式和化学键的影响。研究发现La0.5Sr0.5CoO3钙钛矿薄膜的晶体结构随着热处理温度的升高发生明显的相变,由排列无规则态朝着正交晶系结构转变,Co-O键构成的八面体间的相对运动强度逐渐减弱。另外,还发现La0.5Sr0.5CoO3钙钛矿薄膜在衬底氧化锆(YSZ)上的Co-O键振动频率要小于在衬底铝酸镧(LaAlO3)上的振动频率,这与两者的晶格失配程度有关。

固体氧化物燃料电池Ln_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3薄膜阴极材料电学性能研究

采用离子束溅射法在YSZ(110)衬底上制备Ln0.5Sr0.5CoO3(Ln=La,Pr)钙钛矿多晶薄膜,研究了载流子浓度、迁移率与温度的关系,分析了A位置稀土离子半径rA3+对电导率的影响。结果表明,在375K^667K温度范围内,La0.5Sr0.5CoO3薄膜的载流子浓度由4.76×1027/m3升高到9.43×1027/m3,迁移率由0.21cm2/Vs升高到0.218cm2/Vs;Pr0.5Sr0.5CoO3薄膜的载流子浓度由0.58×1027/m3升高到7.9×1027/m3,迁移率由0.0853cm2/Vs升高到0.172cm2/Vs。Ln0.5Sr0.5CoO3薄膜的霍尔系数激活能EH与电导激活能Eα的比值近似为2/3,符合Emin和Holstein的小极化子绝热区域导电理论。

Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3阴极氧还原动力学

利用极化、交流阻抗技术考察了担载于La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3(LSGM)电解质上的Sm0.5Sr0.5CoO3-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(SSC-LSGMC5)复合阴极的氧还原反应动力学.在SSC-LSGMC5阴极氧还原反应的阻抗谱中可以观察到明显的两个半圆.高频环的电导与氧分压无关,低频环的电导正比于氧分压的0.5次方.并且低频环的氧分压级数随着反应温度的降低而减小,可能对应于吸附氧原子的扩散过程.SSC-LSGMC5极化曲线与经典的Butler-Volmer方程吻合.阴、阳极的电荷转移系数均为1左右,交换电流密度的氧分压级数为1/4,对应于电荷转移过程.实验结果显示SSC-LSGMC5上的氧还原反应机制随反应条件的不同而发生变化.

化学溶液沉积法在LaAlO_3基底上制备La_(0.5)Sr_(0.5)TiO_3外延薄膜

在常压下采用经济、适合规模化生产的化学溶液沉积法生长外延的La1-xSrxTiO3薄膜,为YBa2Cu3O7-σ（YBCO）涂层导体提供导电缓冲层。前驱溶液经旋转涂覆在单晶LaAlO3（001）基底上,在纯氩气氛下分别于840,890,940和990℃恒温60 min制备薄膜。X射线衍射（XRD）分析,在890-990℃的热处理条件下,均得到纯净的具有良好外延性的La1-xSrxTiO3薄膜。通过扫描电子显微镜（SEM）和扫描隧道显微镜（STM）观察,样品表面光滑致密,膜厚约为180 nm。通过半定量能谱（EDS）分析,确定薄膜成分为La0.4Sr0.6TiO3,表明热处理过程中元素La部分挥发。在890℃热处理温度下制得薄膜的电阻率约为1×10^-2Ω.cm。

La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3多晶靶材的制备研究

为制备出纯度高、单一物相、致密的、符合后期PLD(Pulsed Laser Deposition)镀膜所用要求的LSCO (La0.5Sr0.5CoO3)靶材,对LSCO的制备方法及其过程进行了分析研究.采用半共沉淀法,LSCO前驱物经900 ℃预烧、研磨,可制得纯度高、物相单一的LSCO粉体;用干压方法成型,在不同的温度下对其烧结,通过研究烧结体的XRD图谱、吸水率和密度并结合LSCO粉体的DSC-TG曲线,确定出制备LSCO多晶靶材的最佳烧结温度为1200～1250 ℃,比用固相法制备粉体的靶材烧结温度降低了100～150 ℃.