Sr、Mg掺杂LaGaO_3固体电解质材料的离子导电性研究

采用固态反应法制备了Sr、Mg掺杂的LaGaO3固体电解质材料,研究了不同Sr、 Mg掺杂量对LSGM材料的导电性的影响．结果表明,随Sr、Mg掺杂量的增加,LSGM材料的电导率开始增加,达到最大值后,逐步降低,LSGM1520和LSGM2015具有最高电导率, 此时材料由单一的立方相组成;LSGM材料的离子电导率随测试温度的升高而增加,ln(σT) 与l／T关系曲线呈现两段不同斜率的直线,交点温度为T*,当测试温度低于T*时,氧离子迁移激活能大于温度高于T*的激活能．

掺杂LaGaO3基电解质的Sr-、Mg-掺杂量与相结构的关系

Sr、Mg掺杂的LaGaO3是固体氧化物燃料电池(SOFCs)研制中具有应用前景的一种固体电解质材料。用固相反应法合成了不同Sr、Mg掺杂量的LaGaO3材料，通过室温XRD分析，发现2种第二相：LaSrGaO4、LaSrGa3O7，并画出了其相区结构图；显微结构研究表明，在Sr掺杂量一定的条件下，随Mg的掺杂量的增加，LaSrGa3O7相出现并呈现出长大的趋势；LSGM0510的组织中出现了棒状基体组织，随Mg掺杂量的增加，该组织逐渐消失。

Mg掺杂改性γ-Fe_2O_3催化剂NH_3-SCR脱硝特性

采用共沉淀-微波热解法制备一系列不同Mg掺杂比的Fe_(1-x)Mg_xO_z(x=0,0.1,0.2,0.3)催化剂,研究Mg掺杂对γ-Fe_2O_3催化剂SCR脱硝活性的影响,并借助XRD,N_2吸附-脱附、SEM和EDS等手段对催化剂进行表征。Mg的最佳掺杂比为0.2,且Fe_(0.8)Mg_(0.2)O_z催化剂在325℃时脱硝效率可达99.1%,同时活性温度窗口为250~350℃。Fe_(0.8)Mg_(0.2)O_z催化剂主要活性组分为γ-Fe_2O_3,其中Mg以无定型状态存在,能够与晶格中的Fe相互作用形成良好的固溶体,其较大的比表面积(44.00 m^2/g)、比孔容(0.19 cm^3/g)为反应气体在催化剂表面吸附与活化提供了丰富的表面活性位;合理的孔结构分布、良好的孔间连通性则利于传质的快速进行。Fe_(0.8_Mg_(0.2)O_z催化剂最佳O_2体积分数为3%,推荐NH_3/NO为1;催化剂表面氧化能力的提高及反应物的快速吸附、活化有利于NH3-SCR反应的进行。

纳米MgO掺杂改善LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O2正极材料

将氢氧化物共沉淀法制备的(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))(OH)_2在500℃热处理5 h得到具有尖晶石结构、纳米尺寸的氧化物M_3O_4(M=Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)).将其与LiOH及不同量的纳米MgO混合均匀,并在850℃热处理24 h制备了Li(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))_(1/x)Mg_xO_2(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)正极村料.随着Mg掺杂量的增大,正极材料的晶胞参数增大;少量的Mg掺杂增大了锂离子的扩散系数,而过度掺杂却使锂离子扩散系数有所降低,其中Li(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))_(0.98)Mg_(0.02)O_2的锂离子扩散系数最大,其脱出和嵌入扩散系数分别为D_(Li-dein)=29.20×10^(-11)cm^2·S^(-1)和D_(Li-in)=4.760×10^(-11)cm^2·s^(-1);其以3C倍率充放电的平均放电比容量为139.3 mAh·g^(-1),比未掺杂的原粉约高9.5 mAh·g^(-1);另外其循环性能也得到了大幅度改善.

Mg单原子替位掺杂β-Ga_2O_3的电子结构和光学性质计算研究

宽禁带半导体β-Ga2O3因其出色的物理化学性能而备受关注,通过掺杂改善β-Ga2O3性能一直是研究的热点。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,利用广义梯度近似加U对Mg单原子掺杂β-Ga2O3体系的晶体结构、电子结构和光学性质等进行了研究和分析。总能量和结合能的对比显示:单原子替位掺杂β-Ga2O3时,Mg优先替代八面体位的Ga原子形成Mg-GaO体系。电子结构显示,Mg-GaO体系变为间接半导体,带隙变窄为4.672eV;其自旋极化率为100%,呈现半金属特性。作为光学材料,Mg-GaO体系可在紫外、深紫外区域工作,并且折射率、反射率和吸收率有所降低,透射率明显提高。

Mg2+、Zn2+掺杂CaWO4∶Eu3+荧光粉的发光性质

采用微波加热固相法合成了Mg2+、Zn2+掺杂CaWO4∶Eu3+荧光粉。利用XRD对样品的晶体结构进行表征,通过荧光分光光度仪对样品的激发光谱、发射光谱和能级寿命进行检测和分析。结果表明,Mg2+、Zn2+、Eu3+掺杂CaWO4不影响CaWO4基质的四方晶相。395nm激发下,与CaWO4∶2%Eu3+样品比较,分别掺杂0.5%的Mg2+或Zn2+的样品发光强度提高了1.3倍和2.1倍;与3%Mg2+或3%Zn2+掺杂CaWO4∶2%Eu3粉体发光比较,当Eu3+浓度增加为3%时,粉体的发光强度分别提高了7.3倍和14.8倍;与CaWO4∶3%Eu3+样品比较,3%的Mg2+或Zn2+掺杂后的样品光强分别提高了1.2倍和1.3倍。262nm比395nm激发同一样品的Eu3+的5D0能级寿命有所增加。与单掺2%Eu3+样品比较,随着Mg2+或Zn2+掺杂浓度增加,样品荧光寿命先增加后减小。同样激发波长下,与Mg2+或Zn2+掺杂CaWO4∶2%Eu3+样品荧光寿命相比,Eu3+浓度增加为3%时,样品的荧光寿命明显变短。

Mg2+掺杂BaTiO3瓷的化学缺陷平衡与抗还原机制

研究了Mg2+在BaTiO3瓷中所形成缺陷机构和抗还原机制.掺杂Mg2+(0.05%～0.15%(摩尔分数))的BaTiO3在还原气氛中烧结,试样经XRD,EMPA微观分析显示:Mg2+均匀分布,晶粒呈四方结构,晶胞体积由0.06464nm3增至0.06487nm3.根据Mg2+在BaTiO3中的固溶条件和微观结构分析可以推断:Mg2+取代A位(MgBa)和B位(MgTi),并存在氧空位(Vo).用布劳威尔(Brouwer)方法求解点缺陷浓度方程组,得到点缺陷浓度[MgTi]与氧分压(Po2)的关系式:[Mg″Ti]=[Vo¨]=(1/4)K-1Po2-3/2.当点缺陷浓度为:[MgTi]=2[FBa]+2[RTi]+[Vo](F-三价阳离子,R-五价阳离子),MgTi2+能有效地阻止施主杂质和还原气氛所引起的Ti4+还原为(Ti4+·e).

掺杂LaGaO_3中温固体氧化物燃料电池电解质

叙述了掺杂LaGaO3 (LSGM )作为优良的中温SOFC电解质的研究现状。在 80 0℃左右 ,10 -16≤PO2 ≤ 10 5Pa氧分压范围内 ,LSGM几乎是单纯的氧离子导体 ,具有较高的电导率 ,σ大于或等于0 1S/cm ,而且长期保持稳定。在LSGM中掺杂少量低价金属阳离子 ,可望提高LSGM的电导率。LSGM存在的主要问题是Ga的蒸发。LSGM粉末的制备方法主要有 3种 :固态反应法、尿素法和Sol gel法。

Mg掺杂对CaMnO_3基热电氧化物电子结构及电性能的影响研究

采用超软赝势密度泛函理论计算的方法研究了Mg掺杂Ca位CaMnO_3基复合氧化物的能带结构、电子态密度和电荷分布状况,在此基础上分析了Mg掺杂氧化物的电性能。结果表明,Mg掺杂CaMnO_3氧化物仍然呈间接带隙型能带结构,带隙宽度由0.756 e V减小到0.734 e V。CaMnO_3氧化物和Mg掺杂CaMnO_3氧化物的自旋态密度曲线极值点均位于为-0.8 e V附近。Mg掺杂CaMnO_3氧化物中Mn原子对体系费米面态密度的贡献有所减小,O原子和Ca原子对体系费米面态密度的贡献有所增大。Mg原子比Ca原子具有更强的释放电子的能力,Mg掺杂对于CaMnO_3氧化物属于电子型掺杂。Mg掺杂CaMnO_3氧化物导电性能增强,电性能提高。

后退火对射频磁控溅射法制备Mg掺杂Ga2O3薄膜性质的影响

本文采用双靶材交替溅射的射频磁控溅射法生长了高质量的Mg掺杂氧化镓薄膜,并将制备的样品在1000℃条件下进行后退火处理,以研究退火前后Mg掺杂Ga2O3薄膜的性质变化。XRD结果表明,退火后的(004)、(202)和(120)峰从无到有,(401)、(601)和(122)峰由强变弱,表明退火改变了Mg掺杂Ga2O3薄膜的结构。AFM结果表明,退火后的薄膜表面均方根粗糙度由1.3637nm增大到17.1133nm。EDS结果表明,退火处理后的Mg元素重量百分比有所提高。紫外可见透射光谱研究表明,退火前薄膜在200-1500nm波长范围内的平均光透过率较低,大约为80%,退火后平均光透过率明显提高到90%以上,此外薄膜光学吸收边蓝移,带隙宽度变大,表明退火有助于改善薄膜结构,增强光透性。光致发光谱实验结果表明,相比较退火处理后的薄膜,退火前的光致发光峰几乎可以忽略不计,这说明退火可显著改变Mg掺杂Ga2O3薄膜的光致发光特性。

Mg^(2+)掺杂对SrTiO_3薄膜光电特性的影响

利用溶胶-凝胶法在Al2O3陶瓷片上制备掺Mg的SrTiO3薄膜。在SrTiO3中掺杂不同含量的Mg离子,Mg在钛酸锶中取代钛位,形成受主掺杂。研究了掺杂对薄膜电阻率的影响,实验表明,当掺杂浓度为4%时,电阻率最小。当掺杂浓度为4%时,薄膜电阻率会随着光功率变化而变化,当光功率<100W时,电阻迅速减小,超过100W时,减小幅度变小。

掺杂方式对Mg:Ba_(0.3)Sr_(0.7)Zr_(0.18)Ti_(0.82)O_3陶瓷微结构及性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备Ba0.3Sr0.7Zr0.18Ti0.82O3陶瓷粉末,以传统陶瓷制备工艺制备Mg元素掺杂的Ba0.3Sr0.7Zr0.18Ti0.82O3陶瓷.研究MgO掺杂量为1.6%(质量分数)时,MgO固相掺杂和Mg2+湿化学法掺杂两种不同的掺杂方式对Mg掺杂的Ba0.3Sr0.7Zr0.18Ti0.82O3陶瓷显微结构及电学性能的影响.研究结果表明,当Mg掺杂量相同时,掺杂方式对Mg掺杂的Ba0.3Sr0.7Zr0.18Ti0.82O3陶瓷的显微结构和电学特性有显著的影响,相比纯的Ba0.3Sr0.7Zr0.18Ti0.82O3陶瓷,两种掺杂方式中,Mg2+湿化学法掺杂相对于MgO固相掺杂,在BSZT陶瓷中的分布更均匀,替位程度更高,所以其对介电常数的影响也相对更大.而MgO固相掺杂相对于Mg2+湿化学法掺杂明显地促进了陶瓷晶粒的生长,提高了陶瓷的致密性,同时其击穿电场和电阻率也有较大提高.1 350℃下烧结的固相MgO掺杂的Ba0.3Sr0.7Zr0.18Ti0.82O3陶瓷性能较优,介电常数约为590,介电损耗低于0.000 5,电阻率为7.78×1013Ω.mm,击穿场强为6.56kV/mm.

Mg掺杂浓度对射频磁控溅射制备Ga_2O_3薄膜性质的影响

本文使用射频磁控溅射法,采用双靶磁控溅射系统,通过Ga_2O_3和Mg O两个靶位交替溅射的方法实现不同浓度Mg掺杂氧化镓薄膜的制备。结果发现随着Mg掺杂浓度的增加,薄膜的厚度逐渐减小且薄膜的结晶质量有所下降,光透过率无明显变化,但带隙宽度逐渐增加,可实现Ga_2O_3薄膜带隙宽度的连续可调,可调范围从4.96eV到5.21eV;光致发光光谱实验结果表明Mg的掺杂导致PL峰值发生蓝移现象,且在473nm附近出现一个新的发光峰。

不同浓度的Mg掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜的制备与研究

本文采用射频磁控溅射方法在石英和高阻硅衬底上制备纯茁-Ga_(2)O_(3)薄膜和不同掺杂浓度的Mg掺杂茁-Ga_(2)O_(3)薄膜,研究了薄膜的结构、光学和电学性质。X射线衍射测试结果表明,在我们的掺杂浓度内,Mg掺杂茁-Ga_(2)O_(3)薄膜没有出现其他晶相的衍射峰,随着Mg掺杂浓度变大,薄膜的(401)和(601)衍射峰强度变弱。使用X射线光电子能谱测试薄膜中各元素的结合能和化学态。紫外-可见透射光谱测试结果表明薄膜在测试波段平均透光率高达80%以上,薄膜的带隙宽度随着Mg掺杂浓度变大而变大。霍尔效应测试结果表明我们采用射频磁控溅射方法制备的Mg掺杂茁-Ga_(2)O_(3)薄膜的导电类型为p型,载流子浓度由3.76×10^(10)cm^(-3)增加到1.89×10^(13)cm^(-3),说明Mg掺杂茁-Ga_(2)O_(3)薄膜是一种很有潜力的p型半导体材料。

Si/Mg/Fe掺杂β-Ga2O3单晶拉曼光谱表征及分析

β-Ga2O3单晶材料由于其优异的性能得到了广泛关注,但是对于其掺杂、能级、电学性能等方面的研究仍然比较欠缺。采用导模法分别制备了非故意掺杂β-Ga2O3单晶和Si/Mg/Fe掺杂的β-Ga2O3单晶,对样品进行了拉曼光谱测试和电学性能测试,研究不同掺杂元素对拉曼光谱的影响。对β-Ga2O3单晶的声子谱进行计算,并通过拉曼光谱测试进行了验证,对掺杂元素的取代位置进行了分析。结果表明,掺杂元素会对拉曼峰强度产生显著影响,Si、Mg、Fe均倾向于取代GaⅡO6八面体中心的GaⅡ原子。根据电学性能测试结果,Si掺杂会使β-Ga2O3单晶呈n型导电,Mg或Fe掺杂会使β-Ga2O3单晶呈半绝缘态。

Mg^(2+)掺杂SrTiO_3的合成表征及其介电性能的研究

以二氧化钛、氢氧化钠为原料,首先在200℃的水热条件下制备了前驱体Na_2Ti_3O_7,其次在以Na_2Ti_3O_7,氢氧化锶,硝酸镁为原料制备了棒状的Mg^(2+)掺杂SrTiO_3粉体。通过FT-IR分析产物不含有其他杂质,为纯物质。并通过XRD,ICP,SEM,CA,分别对最终产物SMT的内部结构和表面进行了探讨。结果表明:SMT为立方相钙钛矿结构,具有棒状形貌,其分子式可以确定为是SrMg_(0.07)Ti_(0.92)O_3,粒子长为8μm左右。通过介电常数测量仪(HP4284A型)测试产物SMT的介电性能,表明产物粒径较大时介电性能明显。

Mg掺杂Ga0.6Fe1.4O3薄膜的制备及其多铁性能表征

GaFeO3(GFO)是一种同时具有室温铁电和低温亚铁磁性的单相多铁材料,且其磁性转变温度可以通过调节Fe元素含量提高至室温,具有广阔的应用前景.研究发现,室温下Ga0.6Fe1.4O3薄膜具有铁电性和弱磁性,但是由于薄膜的漏电流较大,制约了其实际应用.采用溶胶-凝胶法结合旋涂工艺成功制备了Mg掺杂的Ga0.6Fe1.4O3薄膜,薄膜厚度约为100nm,并对Ga0.6MgxFe1.4-xO3(GMFO)薄膜的铁电性尤其是漏电性能进行了表征.研究结果表明:Mg离子掺杂的薄膜样品在室温下表现出铁电性,当x=0.05时,薄膜具有相对而言优良的铁电性能,矫顽电场强度(Ec)为25kV/cm,剩余极化强度(Pr)为4.89μC/cm^2;适量Mg离子的掺杂可以使薄膜的漏电流密度降低2个数量级,x=0.05时,对应薄膜的漏电流最小,漏电流密度在10-1~10-5A/cm2范围内.随着Mg离子掺杂含量的继续增加,薄膜的漏电流密度逐渐变大.压电力显微技术(PFM)测试结果表明,GMFO薄膜的力电耦合主要来自于薄膜的线性压电信号.GMFO薄膜具有室温弱磁性,当x=0.05时,薄膜具有最大的剩余磁化强度为9.8emu/cm3.该实验结果对于提高GFO多铁材料的性能,从而实现纳米器件的应用具有重要的指导意义.

La_(1-x)Sr_xGa_(1-y)Mg_yO_(3-0.5(x+y))固体电解质材料的相组成和离子导电性研究

不同Sr掺杂量(x)、Mg掺杂量(y)的LaGaO3材料采用固态反应法制备,用XRD进行材料相分析,用交流阻抗法研究了离子导电性。结果表明,不同Sr、Mg掺杂量的LaGaO3材料可由单一的立方相组成,也可由立方相和第二相组成,主要取决于Sr、Mg掺杂量;随x或y的增加,离子电导率σ开始增加,达到极大值后,逐步减小。当x=0.15,y=0.20或x=0.20,y=0.15时具有最高的离子电导率,σ可达到0.148S/cm;随测试温度的升高,离子电导率σ增加;ln(σT)与1/T曲线由两段不同斜率的直线组成;在较低温度下,氧空位扩散的激活能较高。

Mg掺杂对二维自旋系统Cu_(3)B_(2)O_(6)磁化率的研究

人工合成了((Cu_(1-x)Mg_(x))_(3)B_(2)O_(6)样品,并且用浮区法生长单晶。掺杂浓度x选择为0、0.01、0.02和0.04。为了研究系统Cu_(3)B_(2)O_(6)的基态,测试了0.5 T磁场下材料((Cu_(1-x)Mg_(x))_(3)B_(2)O_(6)的磁化率。实验结果表明:随着掺杂浓度x的提升,系统的反铁磁序逐渐被破坏。比较了Mg掺杂和以前文献中Zn掺杂的物理效应的异同。

LaGaO_3基固体电解质在SOFC中的应用

对锶镁掺杂镓酸镧 (La0 .9Sr0 .1 Ga0 .8Mg0 .2 O2 .85,简写为LSGM 10 2 0 )固体电解质的电化学性能进行了初步研究 ,并测试了以之为电解质 ,Ni-CeO2 为阳极 ,La(Sr)MnO3为阴极的氢 -氧燃料电池 (SOFC)的伏安特性 .用能谱 (EDAX)分析了测试电池横截面各种元素的分布情况 .结果表明 :得到的LSGM 10 2 0电解质有较高的中温和高温离子电导率 ,在不同的温度范围氧离子迁移数均接近于 1.测试电池的最大输出功率密度和最大电流密度分别为 67.7mW·cm- 2 和 12 6.3mA·cm- 2 .EDAX结果显示 ,作为电解质主元素之一的Ga发生了从电解质到阴极的扩散过程 ,而作为阳极主成分之一的Ni也扩散到了电解质中 .电池材料组份之间的相互扩散过程可能是导致测试电池输出功率和电流密度偏低的主要原因 .可以认为 ,要使LSGM在SOFC中得到更广泛的应用 ,必须改善它的化学稳定性 .