掺杂(Fe、Nb)SrTiO_3晶界组成的电子能量损失谱(EELS)分析

采用高空间分辨率扫描透射电镜(STEM)对掺杂(Fe3+、Nb5+)SrTiO3晶界进行了观察,并利用采集的电子能量损失谱(EELS)对晶界组成进行了分析.结果表明,掺杂Fe的SrTiO3陶瓷晶界存在1nm左右的非晶膜,同晶体内部相比晶界缺Sr;三叉晶界为钛基玻璃相,Ti、O及Fe含量明显高于晶界.掺Nb的SrTiO3陶瓷晶界同晶粒相比同样缺Sr,三叉晶界主要以SiO2非晶相为主.Fe3+、Nb5+对Ti4+的替位及在晶界的偏析引起SrTiO3晶格畸变是导致晶界组成变化的主要原因.

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。

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。

La_2O_3和Nb_2O_5掺杂对SrTiO_3氧敏特性及半导化影响

研究Nb和La双施主掺杂对SrTiO3陶瓷氧敏性能及半导化的影响,采用固相法合成了La、Nb复合掺杂的钛酸锶Sr1-xLaxTi1-xNbxO3(x=0,0.001,0.01,0.03,0.05,0.1)钙钛矿复合系氧化物。研究不同的La,Nb掺杂量对氧敏材料灵敏度、电导率的影响,对合成氧敏元件在高温下的氧敏性能、电导性进行了测定。结果表明,双施主掺杂不仅可促进SrTiO3陶瓷半导化,而且对氧敏元件灵敏度有重要影响,x=0.3时呈现出理想的氧敏特性。

氮掺杂SrTiO3的制备及其可见光催化产氢活性研究

采用溶胶-凝胶法制备了钛酸锶,进而用固相法制备了氮掺杂SrTiO_3,并用光沉积和氢气还原法制备了Pt负载的氮掺杂SrTiO_3光催化剂.用XRD、SEM、UV-Vis漫反射和荧光光谱对其进行了表征和分析,考察了光催化剂在可见光下的产氢活性.研究了不同氮源、掺杂量、烧结温度和Pt负载量对催化剂产氢活性的影响.结果表明,三种不同氮源剂其掺杂效果为六次亚甲基四胺(HMT)>EDTA>尿素,而EDTA掺氮效果稍低于HMT.当氮源剂为HMT,SrTiO_3与HMT质量比为1:3,焙烧温度为450℃时,所制备的光催化剂具有最佳的光催化产氢活性.在负载金属铂后,产氢活性有较大幅度的提高,其中用氢气还原法制备所得的光催化剂较光沉积法制备的具有更高的光催化活性,在最佳负载量均为2wt%时,两种光催化剂6h内的产氢量分别为6.89mmol和2.24mmol,分别是未负载铂样品产氢量的12倍和4倍多.

补偿离子掺杂与烧成温度对SrTiO_3∶0.002Pr^(3+)材料的红色发光特性的影响

采用高温固相反应法合成SrTiO3∶Pr3+系发光材料,利用荧光光谱、XRD等分析手段,研究了工艺参数,如不同价态K、Ca和A l离子掺杂,以及1 050~1 300℃不同烧成温度对SrTiO3∶Pr3+体系发光性能的影响,以获得具有较好综合发光性能的SrTiO3∶Pr3+系发光材料。选择不同价态补偿离子掺杂是为了研究电荷补偿作用机制对该类材料发光性能的作用。结果表明:随着烧成温度的升高,磷光体发光强度先增加后减弱,在1 150℃烧成的材料其发光强度最大。无补偿掺杂与K、Ca或A l离子掺杂的所有样品均发出源于Pr3+的1D2→3H4跃迁的610 nm红色光。在不同价态补偿离子掺杂样品中,以掺A l的SrTiO3∶Pr3+体系发光强度最好;其发光强度比无补偿离子掺杂SrTiO3∶Pr3+材料的发光强度提高10倍左右。另一方面,与A l离子具有类似的引入阴离子电荷缺陷的K离子掺杂材料的发光强度则基本没有变化,其发光强度与没有电荷补偿作用的无掺杂及Ca离子掺杂SrTiO3∶Pr3+材料相似。上述实验结果可从电荷缺陷及微观固溶结构两方面的联合作用机制进行解释。在引入电荷缺陷的掺杂体系中,只有在发光离子PrS+r最近邻的Ti格位引入的电荷缺陷才能有效地起电荷补偿作用,达到增强发光强度的作用。研究结果给出了合理的制备工艺条件,并且提供了一种可有效提高发光强度的补偿离子掺杂的选择依据。

掺杂SrTiO_3体系上甲烷氧化偶联反应的研究 催化剂的p型导电性与C_2选择性和C_2收率的关系

以低价元素掺杂SrTiO_3形成的SrTi_(1-x)MxO_(3-δ)(M=Al^(3+),Mg^(2+),Li^+;x=0～0.2)基本保持了SrTiO_3晶格结构。随着掺杂元素价态的降低和掺杂量的增加,p型电导升高,甲烷氧化偶联反应的C_2选择性和C_2收率也增加。在以不同价态元素掺杂的SrTiO_3体系中,发现C_2选择性和C_2收率与催化剂P型电导间有线性关系。认为掺杂SrTiO_3催化剂中的正导电空穴易与晶格氧发生电子交换生成部分还原态的活泼氧物种O^-,它可以使CH_4分子活化生成CH_3,进一步偶联生成C_2产物。掺杂SrTiO_3催化剂在甲烷氧化偶联反应初始阶段可吸收反应中产生的CO_2,使结构发生少许变化,稳定的SrTiO_3结构有利于甲烷氧化偶联活性的稳定。

Gd-N共掺杂SrTiO_3/TiO_2复合纳米纤维制备及光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO_2纳米纤维为基质和反应物,结合一步水热法制得Gd-N共掺杂SrTiO_3/TiO_2复合纳米纤维光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等方法对其微观结构、形貌和光学性能进行表征。结果表明:SrTiO_3和TiO_2形成异质结能够使光生电子和空穴得到很好的分离,而Gd-N共掺杂产生新带隙,可以拓宽光谱响应范围至可见光区,并引起晶格缺陷,成为光生电子-空穴对的浅势捕获阱。Gd-N共掺杂与异质结的协同作用有效提高了SrTiO_3/TiO_2复合纳米纤维的可见光催化活性。

SrTiO_3双功能陶瓷的施主掺杂研究

研究了２５％Ｎ_２＋７５％Ｈ_２（体积分数）强还原烧结气氛下施主添加剂 Ｎｂ_２Ｏ_ ５、Ｌａ_２Ｏ_３对ＳｒＴｉＯ３双功能陶瓷半导化的作用规律，结果表明随着添加量的增大， Ｎｂ_２Ｏ_５掺杂试样的表观电阻率单调下降，而 Ｌａ_２Ｏ_３掺杂试样的表观电阻率呈“ Ｕ”形曲线．研究了在 Ｌａ_２Ｏ_３高、低两种添加量下，烧结温度对半导化的作用规律，实验结果表明随着烧结温度的升高，高掺杂试样的表观电阻率逐渐上升，而低掺杂试样逐渐下降．在ＸＲＤ、ＩＲ、ＰＡＴ等现代测试手段分析的基础上。

B掺杂SrTiO_3电子结构的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势法,对未掺杂、B替位Sr、B替位Ti、B替位O和B间隙掺杂SrTiO_3的晶格参数、Mulliken电荷布居、能带结构、态密度和光吸收系数进行计算。结果表明:B替位Sr和B替位Ti掺杂对SrTiO_3电子结构和光学性质的影响不显著;B替位O掺杂则在SrTiO_3的禁带中引入3条杂质能级,杂质能级上的电子可以吸收能量较小的光子跃迁至导带,光吸收强度从可见光长波段550nm开始逐渐增加,光谱吸收边红移;B以间隙原子的形式掺杂时,SrTiO_3的禁带宽度大幅增大,电子跃迁能增加,光谱吸收边蓝移。

K_4CuNb_8O_(23)掺杂对K_(0.44)Na_(0.52)Li_(0.04)Nb_(0.86)Ta_(0.10)Sb_(0.04)O_3压电陶瓷性能的影响

采用固相反应法制备了K0.44Na0.52Li0.04Nb0.86Ta0.10Sb0.04O3+xmol%K4CuNb8O23(0≤x≤2)(简称LF4-KCN)无铅压电陶瓷,使用XRD、SEM、Agilent4294A精密阻抗分析仪等对该体系的相组成、显微结构、压电及介电等性能进行表征。XRD分析表明,随着KCN含量的增加,室温时样品由四方相向正交相转变,且当x≥1时,出现K6Li4Nb10O30杂相。SEM分析表明,掺入KCN后,样品晶粒尺寸减小,晶粒轮廓清晰。随着KCN含量的增加,在100℃附近的介电常数温度曲线上出现第二介电常数极大值,即正交→四方铁电相变温度TO-T,同时居里温度TC向低温方向移动。KCN掺杂量对LF4的电性能有很大影响,表现为"硬性"掺杂,其压电常数d33,平面机电耦合系数kp,1kHz频率下的介电损耗tanδ和介电常数εr均随着KCN含量的增加而降低,而机械品质因素Qm整体提高,样品的密度也显著增大。

原位热压合成Nb掺杂Al_2O_3/TiAl复合材料

利用Al-Ti-TiO2-Nb2O5体系的放热反应,原位热压合成了Nb掺杂Al2O3/TiAl复合材料。借助DTA结合XRD探讨了Al-Ti-TiO2-Nb2O5体系的反应过程,并采用XRD、OM和SEM研究了复合材料的物相组成及显微结构。结果表明:Al熔化的同时,体系发生了Al和Nb2O5的铝热反应,生成了NbO2和Nb等中间产物,并放出了较多热量,这些热量促使Ti和Al较早化合生成TiAl3,随即引发Al和TiO2较早的还原反应,进而促使材料在较低温度下致密烧结;产物由-γTiAl、α2-Ti3Al、Al2O3和NbAl3相构成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的团聚;Nb2O5的引入,对基体-γTiAl相和α2-Ti3Al相的的分布有一定的影响,使得基体晶粒细化,较好地改善了材料的力学性能。

稀土掺杂和Ti/Sr比对SrTiO_3电容器电参数的影响

采用空气中一次烧成新工艺,系统地研究了稀土掺杂和化学计量比对SrTiO_3晶界层电容器陶瓷显微结构和性能的影响。得到了介电常数ε≥50000、介质损耗tgδ≤0.010、介电常数温度系数(-25～+85℃)a_ε=(±10～±12)%的La掺杂SrTiO_3电容器。实验结果表明:掺杂稀土元素的种类和数量的不同以及取不同的Ti/Sr比,对SrTiO_3电容器电参数均有很大的影响。

掺杂Nb_2O_5对自生Al_2O_3强化TiAl复合材料结构的影响

采用原位反应热压法制备了自生Al2O3增强TiAl间金属化合物复合材料,通过第三元素(氧化铌)掺杂的形式,对其进行强化研究。采用DTA结合XRD分析对其反应过程进行了探讨。SEM,XRD及其它测试分析显示,引入氧化铌使铝热反应生成了更高的热能,材料能够在较低的温度下烧结。同时,Nb2O5的掺入对基体相生成比例(TiAl:Ti3Al)有一定的调控作用,也使材料中的自生氧化铝成分增强,对材料结构及性能产生了较大影响。

掺杂SrTiO_3陶瓷的介电性及正电子湮没

本文应用正电子湮没寿命谱方法研究掺杂SrTiO_3陶瓷的介电性.通过对不同掺La量SrTiO_3的介电常数、损耗因子、正电子在样品中的湮没寿命的测量,发现介电常数、损耗因子随掺La量的变化与正电子寿命参量的变化存在着某种关系;文中用Sr空位及La离子与Sr空位缔合体模型解释了这些变化与关系.

掺杂Nb_2O_5及MgO对细晶BaTiO_3系统介电性能影响的研究

研究了Nb2 O5和MgO掺杂对细晶BaTiO3陶瓷介电性能的影响。Nb2 O5的加入可以有效地抑制BaTiO3陶瓷晶粒的长大 ,可使陶瓷的平均粒径减少至 0 8μm左右 ,从而改善了陶瓷的介电性能 ;添加适量的MgO不但展宽了居里峰 ,而且防止晶粒过渡生长 ,并拓宽了陶瓷的烧结温度区 ;有效地控制Nb/Mg的摩尔比可获得良好的材料系统性能参数 ,使ε≥ 4 60 0 ,tgδ≤ 1 2 % ,△C/C≤± 1 5 %。

金属In与掺Nb的SrTiO_3金属半导体接触研究

研究了金属In与掺不同Nb浓度的SrTiO3(Nb-STO)衬底之间构成的金属半导体结(金-半结)。测量了不同温度下的I-V曲线。在掺杂浓度为0.05wt.%衬底构成的金-半结I-V曲线中,反向电压部分得到的有效因子n在1.05～1.10之间,且随温度变化很小,而正向的n很大,表明出势垒随着偏压的变化改变很大。金属In与Nb-STO衬底之间构成的金-半结在浓度为0.05wt.%和0.7wt.%的掺杂情况下,结点都表现出非线性的I-V关系,均不能视为欧姆接触。

氮掺杂对SrTiO_3光催化性能的影响

以尿素为氮源,利用溶胶-凝胶法制备了掺氮的N-SrTiO3光催化剂。采用XRD、SEM和UV-Vis对N-SrTiO3的物相、形貌和吸光性能进行表征,以高压汞灯为光源,通过甲基橙脱色率考察催化剂活性。结果表明,氮元素的掺杂增强了SrTiO3在可见光区的吸收强度,当制备过程pH=3～4、n(N)∶n(Sr)=6∶1和焙烧温度800℃时,甲基橙溶液降解率达72.69%,未掺杂样品降解率为28.55%。

Pt/Nb∶SrTiO3/In结构异常的双极性电阻变换特性

研究了Pt/Nb∶SrTiO3/In结构器件的异常双极性电阻变换特性,并对其物理机理进行了讨论。用直流磁控溅射的方法在不同组分Nb掺杂SrTiO3（NSTO）（001）单晶衬底上制备了Pt和In电极,构建了Pt/NSTO/In异质结。该异质结的I-V特性测试结果表明,该异质结具有不同寻常的双极性阻变特性。随着Nb在SrTiO3中掺杂浓度的改变,决定样品在正电压扫描过程中由高电阻状态（HRS）向低电阻状态（LRS）或由LRS向HRS转换的阈值电压也呈现出规律性变化。对其阻变特性的物理机制分析表明,Pt/NSTO界面肖特基势垒和Pt/NSTO、NSTO/In界面处的氧空位引入的缺陷能级对电子的束缚和释放与该器件不同寻常的双极性电阻变换特性密切相关。

La_2O_3掺杂的SrTiO_3陶瓷的介电性质

SrTiO_3陶瓷是一种具有多功能特性的介质材料。用La_2O_3掺杂改性的SrTiO_3陶瓷,可以提高其介电常数和降低介质损耗,对其介电温度特性和介电频率特性也有明显的改善.本文主要报道 La_2O_3对SrTiO_3陶瓷介电性质的影响。