基于Sm-PMN-PT和改进型DICH接口电路的压电取能功率提升方法

通过压电取能方式将电力设备表面的机械振动能转化为电能,是实现电力专用传感器无源化的有效途径之一。然而,传感器高集成度和小型化发展趋势对压电取能功率提出了更高要求。为此,提出一种基于钐掺杂铌镁酸铅-钛酸铅(Sm-doped Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3),Sm-PMN-PT)材料和改进型双中间电容回收(improved double intermediate capacitor harvesting,improved-DICH)接口电路的压电取能功率提升方法。首先,制备了不同Sm掺杂质量分数为x和PT质量分数为y的xSm-PMN-yPT压电双晶片,并对压电材料的性能参数进行了测试和对比;其次,在对比分析几种典型接口电路的基础上,设计了一种改进型DICH接口电路,并从理论上进行了取能功率的对比分析;然后,采用Multisim软件对不同接口电路的取能功率进行了仿真分析;最后,对Sm-PMN-PT压电双晶片和锆钛酸铅(Pb(Zr1–xTix)O3,PZT)压电陶瓷在不同接口电路下的取能功率和能量提取效率进行了对比测试。研究结果表明:基于2.5%Sm-PMN-32%PT材料和改进型DICH接口电路的压电取能装置具有516.3μW的高输出功率、61.1%的高能量提取效率和较强的负载适应性,在取能领域具有良好的工程应用前景。

Co、Sm共掺杂PZN-PZT压电陶瓷的低温烧结与电性能研究

试验采用传统固相法,成功制备出Co、Sm共掺杂的Pb_(0.95)Ba_(0.05)(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_(0.2)(Zr_(0.52)Ti_(0.48))_(0.8)O_(3)+0.6mol%Co_(2)O_(3)+0.04mol%Sm_(2)O_(3)三元系压电陶瓷。研究分析了不同烧成温度下PZN-PZT压电陶瓷材料的压电性能、介电性能、相组成及其微观结构。结果显示,Co、Sm共掺杂不仅改善了PZN-PZT的压电、介电综合性能:d_(33)=301 pC/N,K_(p)=0.72,ε_(r)=1486.46,tanδ=0.11%,Q_(m)=515,而且将材料的烧成温度降低到950℃。

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。

稀土Sm掺杂对纳米TiO_2结构和可见光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO_2和稀土Sm掺杂TiO_2纳米粉体(Sm-TiO_2),通过XRD、XPS、FT-IR、UV-VisDRS、PL和Nano-sizer纳米粒度仪等对样品进行表征,以亚甲基蓝(MB)的光催化降解为探针反应,探讨稀土Sm掺杂对纳米TiO_2的结构和可见光催化性能的影响。结果表明,Sm掺入TiO_2后在表面存在Sm^(3+)和Sm2+两种价态,Sm掺杂抑制了TiO_2从锐钛矿向金红石的相转变,阻碍纳米晶粒生长,增加了纳米粉体表面羟基含量;适量的Sm掺杂能使TiO_2吸收光谱的阈值波长红移,有效降低光生e-/h+的复合率,提高TiO_2光催化活性。热处理温度500℃时,掺杂1.0wt%Sm的纳米TiO_2样品在普通日光灯下对MB在6 h内的光催化降解效率达97%,明显高于同等条件下Degussa公司产品P25的降解率56%。

Sm掺杂TiO_2薄膜的制备及处理农药废水研究

TiO2用于治理环境污染是当前的热点问题之一。本文采用溶胶一凝胶法制备了稀土元素Sm掺杂的T峨光催化薄膜，并对薄膜进行了x射线衍射和扫描电子显微镜表征，将制得的TiO2薄膜用于降解农药废水而对其光催化活性进行评估。研究结果表明，当稀土元素Sm掺杂量为0．3％、镀膜层数为3层，烧结温度为500～550℃，煅烧时间为2h时薄膜具有较好的降解率。薄膜降解乐果废水表明，在太阳光照条件下薄膜具有很高的光催化活性。

Sm掺杂对锐钛矿TiO_2电子寿命和红移影响的第一原理研究

基于密度泛函理论平面波超软赝势方法,采用第一性原理对不同浓度Sm掺杂锐钛矿相TiO2超胞的结构优化、形成能、能带结构、态密度、差分电荷分布和光学性质进行了计算。结果表明Sm掺杂后锐钛矿相TiO2超胞的电子结构变化很大。在限定的浓度范围内,掺杂浓度越小,形成能越小,掺杂越容易,电子寿命越长,带隙宽度越窄,吸收光谱红移越显著。计算结果与实验结果一致。

Sm^(3+)掺杂棒状BiPO_4微晶的制备及其光催化活性增强机理

以Sm(NO_3)_3、NH_4H_2PO_4和Bi(NO_3)_3为原料,采用水热法合成了Sm^(3+)掺杂棒状BiPO_4光催化剂。采用XRD、SEM、UV-Vis吸收光谱、BET比表面积测试等手段对其组成、晶型、粒径、形貌及比表面积等进行了表征,并以金卤灯模拟可见光,以甲基橙和邻硝基苯酚为模型污染物,对其光催化性能进行了评价和分析。XRD和SEM分析表明,Sm^(3+)掺杂进入BiPO_4的晶格,导致其晶胞参数发生变化,但对其物相结构和形貌的影响不明显;UV-Vis吸收光谱测试表明,Sm^(3+)掺杂使BiPO_4在紫外光区的吸收减弱,可见光区略有增强。光催化实验表明,Sm^(3+)掺杂后BiPO_4的光催化活性与掺杂量密切相关,当Sm^(3+)掺杂量为0.75at%时光催化活性提高较显著。根据实验结果和文献报道,论文对Sm^(3+)掺杂后BiPO_4活性提高机理进行了探讨,认为Sm3+掺杂后BiPO_4光生电子-空穴分离效率提高是影响其活性的主要因素。

掺杂Sm_2O_3对BaSrTiO_3介电陶瓷性能的影响

以碳酸钡、碳酸锶和二氧化钛等为原料,Sm2O3为掺杂剂,制备了BaSrTiO3系介质陶瓷。利用SEM等仪器研究了陶瓷试样的微观形貌和介电性能。结果表明:当Sm2O3掺杂量低于0.10%摩尔分数时,Sm3+进入晶格A位;但随着Sm2O3掺杂量的增加,Sm3+越来越倾向于进入晶格B位。在Sm2O3掺杂量为摩尔分数0.10%时,BaSrTiO3陶瓷的相对介电常数达到最高值4800;随着Sm2O3掺杂量继续增加,陶瓷的介电损耗逐渐降低,最低降至0.0070。

Sm掺杂Bi_4Ti_3O_(12)陶瓷晶体结构及电性能的研究

采用固相反应工艺制备了Sm3+掺杂层状结构无铅Bi4-xSmxTi3O12(x=0.00,0.25,0.50,0.75,1.00,1.25)介电陶瓷。利用XRD、SEM等测试方法研究了Sm掺杂量、烧结温度和保温时间对Bi4-xSmxTi3O12(BST)陶瓷晶体结构及电性能的影响。结果表明:所制备的Bi4-xSmxTi3O12陶瓷均具有单一正交相结构,BST陶瓷表面晶粒的显微形貌表现为随机排列的棒状结构。样品的铁电性能测试表明,Sm3+施主掺杂明显降低了BIT的电导率,随着Sm3+含量的增加,Sm3+逐渐有部分取代B位,由于Sm3+取代Ti4+大大降低了氧空位的浓度,使得氧空位对电畴的钉扎作用减弱,并且材料的剩余极化Pr也相应提高。

稀土Sm_2O_3掺杂钙硼硅发光玻璃的光致发光行为研究

用高温熔融法制备了掺杂Sm2O3的CaO-B2 O3-SiO2(CBS)发光玻璃材料,并对其光谱学特性进行了研究。紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱表明Sm2O3掺杂发光玻璃在紫外区有较强吸收并在可见光区具有良好的透过率。光谱学测试表明,掺杂发光玻璃在404nm激发下出现Sm3+的特征发射峰,峰值波长分别位于565.8、602.8和650.4nm。同时,Sm2O3掺杂发光玻璃的荧光发射强度随Sm2O3掺杂摩尔分数的增加出现浓度猝灭效应,其Sm2O3掺杂猝灭浓度约为0.10%(摩尔分数)。此外,在365nm紫外光照射下,Sm2 O3掺杂发光玻璃呈现出红橙色发光,表明其具有将紫外光转换成红橙光的能力,可以进一步应用于光转换和光发射领域。

Sm^3＋掺杂Co0．6Zn0．4Ni0．8Fe1．2O4红外辐射陶瓷材料的研究

用常规固相合成法成功地制备出Sm^(3+)掺杂Co_(0.6)Zn_(0.4)Ni_(0.8)Fe_(1.2)O_4红外辐射陶瓷材料,并通过XRD、FT-IR和IRE-2型红外发射率测量仪测试了材料的微观结构,分析了材料的结构特征与红外辐射性能的关系,发现Sm^(3+)的掺杂导致Sm^(3+)以一定的配位形式进入Co_(0.6)Zn_(0.4)Ni_(0.8)Fe_(1.2)O_4体系中,并形成了有限置换型固溶体结构。数据分析可知,Sm^(3+)掺杂浓度对材料的红外辐射性能存在一定的影响,样品Sm0.1在全波段的积分发射率为0.74,而在>8μm波段的平均发射率最高值可达0.94。

Sm掺杂Ti/SnO_2-Sb电极电催化氧化性能

采用涂层热解法制备Sm掺杂Ti/SnO2-Sb电极.以C6H5NO3(对硝基苯酚)为目标有机物,考察不同热处理温度、不同Sm掺杂量下制备的电极的电催化性能,采用LSV(线性扫描曲线)、降解曲线和破损的分析方法研究电极的电催化氧化性能和使用寿命.结果表明:最佳热处理温度为550℃,xSn∶xSb∶xSm=100∶10∶1电极的综合性能最好.在降解有机物试验中,不掺杂Sm的电极降解率为74.4%,掺杂率为1%的电极降解率为85.6%,掺杂率为2%的电极的降解效率仅为74.2%.因此,适量的稀土Sm掺杂有利于提高电极的电催化性能.

Sm_2O_3掺杂BaTiO_3陶瓷的结构与电性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂不同浓度Sm2O3(分别为0.001,0.002,0.003,0.005,0.007mol)的BaTiO3陶瓷,并对其结构与电性能进行了研究.结果表明:Sm2O3掺杂BaTiO3陶瓷的晶型在室温下为四方相,而且随着Sm2O3掺杂浓度的增加,BaTiO3陶瓷的晶粒尺寸变小,说明Sm2O3掺杂对BaTiO3陶瓷晶粒的生长有一定的抑制作用;Sm2O3掺杂BaTiO3陶瓷的电阻率比纯BaTiO3陶瓷明显下降,当添加量为0.001mol时,电阻率最小,.从4.3×109Ω·m下降为6.536×103Ω·m;Sm2O3掺杂BaTiO3陶瓷的晶粒电阻随着温度的变化,呈现NTC效应,而晶界电阻随着温度的变化,呈现PTC效应,且晶界电阻远远大于晶粒电阻,说明该材料的PTC效应是由晶界效应引起的.

Sm_2O_3掺杂CeO_2纳米晶的制备及其生长动力学

本研究以Ce(NO3)3.6H2O和Sm2O3为主要原料,采用共沉淀-喷雾干燥法制备出Sm2O3掺杂CeO2(SDC)的纳米粉末。通过对制得粉体进行DSC-TG、XRD、SEM等表征,研究了SDC纳米晶在煅烧过程中的晶体生长动力学。结果表明:400℃以下,煅烧时间对SDC晶粒尺寸的影响很小,随着温度的升高,其影响逐渐增大,800℃时,煅烧时间对晶粒尺寸的影响很大;但随着煅烧温度的提高,其影响又逐渐减小,在1000℃时,晶粒粒径随着煅烧时间的延长,不再发生变化。根据晶体生长动力学方程,SDC的晶体生长机制在不同温度条件下存在一定差异,在低温下(300-400℃),界面反应占主导;中温下(500℃左右),纳米效应、界面反应与扩散传质的共同作用;高温下(600-800℃),体现为扩散传质。

掺杂Sm_2O_3的Y_2O_3-2TiO_2系微波介质陶瓷的性能研究

以具有中介电常数的新型Y2O3-2TiO2系微波介质陶瓷为基体,选用Sm2O3作为掺杂改性剂,通过传统固相法制备成陶瓷。重点研究了不同Sm2O3掺杂量对基体Y2O3-2TiO2微波介质陶瓷物相组成和介电性能的影响。采用X射线衍射和扫描电子显微镜分别对其物相组成和显微结构进行了分析,用阻抗分析仪和网络分析仪测试其介电性能。结果表明:掺杂Sm2O3未改变材料的主晶相,仍为A2B2O7烧绿石结构,Sm3+取代Y3+占据A位;掺杂有效降低了陶瓷的烧结温度,掺杂量为5%(质量分数)时,烧结温度为1330℃,材料的综合性能最佳,εr=23,tanδ=0.0046,Q×f=6713 GHz。

Sm^(3+)掺杂对MnZn铁氧体显微结构及性能的影响

采用传统固相法,制备了Sm3+掺杂的MnZn铁氧体。借助XRD、SEM和Agilent 8722 ET网络分析仪等表征手段,研究了微量Sm3+掺杂对其显微结构及电磁性能的影响。结果表明,当n(Sm3+)为0.03mol,其晶格常数a增加到0.84491nm。当n(Sm3+)为0.03mol,MnZn铁氧体的复介电常数和复磁导率显著提高,ε″和μ″损耗峰值分别提高到2.15和5.52。

高浓度Sm_2O_3掺杂的BIT陶瓷微结构与电性能研究

采用固相烧结工艺制备了高浓度Sm2O3掺杂的Bi4Ti3O12(BIT)基陶瓷材料。研究了不同的Sm2O3掺杂浓度和温度对BIT基陶瓷材料的显微结构及电性能的影响。结果表明:当Sm2O3浓度为12.0 mol%时,有Bi0.56Sm1.44Ti2O7第二相出现,BIT陶瓷室温介电常数为114,室温介质损耗(tanδ)为0.002;当Sm2O3浓度为6.0mol%时,陶瓷材料的室温介电常数为119,室温介质损耗(tanδ)为0.0027。

Sm^(3+)和Gd^(3+)共掺杂TiO_2粉体的制备和性能表征

采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO2,1%Sm3+或2%Gd3+单掺杂和1%Sm3+/2%Gd3+共掺杂TiO2复合粉体,采用XRD和SEM/EDAX等技术进行表征。以对亚甲基蓝的光催化降解为目标反应,评价了TiO2复合粉体的光催化活性,探讨了Sm3+/Gd3+共掺杂、亚甲基蓝初始浓度和粉体投加量对TiO2粉体光催化活性的影响机制。结果表明,Sm3+/Gd3+共掺杂可以显著提高TiO2粉体的光催化活性;Sm3+/Gd3+共掺杂在TiO2粉体中产生协同作用,抑制了TiO2由锐钛矿相向金红石相转变,使TiO2粒径尺寸减小,增大了TiO2的晶格畸变。当亚甲基蓝初始浓度为4mg/L和粉体投加量为2g/L时,TiO2复合粉体的光催化活性最高,对亚甲基蓝光催化降解率达99.71%;降解亚甲基蓝反应符合Langmuir-Hinshelwood动力学方程。

共沉淀-喷雾干燥法制备Sm_2O_3掺杂CeO_2纳米粉体

以Sm(NO3)3.6H2O和Ce(NO3)3.6H2O为原料,用共沉淀-喷雾干燥法制备了Sm2O3掺杂CeO2(SDC)粉体。通过沉降实验、TG-DSC、XRD、BET、SEM和粒度分布对前驱体的分散性、稳定性及制得的SDC粉体性能进行表征,研究了洗涤方法、分散剂对前驱体及SDC粉体的影响。结果表明:无机陶瓷膜洗涤后前驱体分散性好,经500℃以上温度焙烧后的粉体为立方萤石型结构。加入分散剂后前驱体的分散性明显提高,制得的SDC粉体比表面积显著增加,最终获得了晶粒平均粒径为12.51 nm、团聚态颗粒为球形的SDC纳米粉体。

Cr掺杂Sm_2InNbO_7的制备及其可见光分解水制氢活性

采用固相法制备了Cr掺杂的光催化剂Sm2InNbO7,通过XRD、BET、UV-Vis DRS等测试手段对催化剂的晶体结构、比表面积以及漫反射光谱进行了表征;基于密度泛函理论,采用Castep软件,计算了Cr掺杂Sm2InNbO7前后的能带结构和态密度;以甲醇为电子给体,在可见光照射下研究了Cr掺杂Sm2InNbO7光催化分解水的析氢活性。结果表明,Cr对Sm2InNbO7的适量掺杂不会改变原晶体的结构,Cr的掺杂拓展了Sm2InNbO7的可见光响应范围,可有助于改善其可见光分解水的析氢活性;Cr的掺杂量存在一个最佳值为:nCr/(nIn+nCr)=2%,此时Cr掺杂的光催化剂Sm2InNbO7的催化活性最高。