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碱土和过渡金属掺杂NdAlO3导电陶瓷的制备、结构与电性能研究

向军 郭银涛 周广振 褚艳秋

碱土和过渡金属掺杂NdAlO3导电陶瓷的制备、结构与电性能研究

向军, 郭银涛, 周广振, 褚艳秋
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  • 采用有机凝胶法结合后期高温烧结制备了较为致密的六方钙钛矿结构 Nd0.9Sr0.1Al1-xMxO3-δ (M = Co, Fe, Mn; x = 0, 0.15, 0.3, 0.5)系列陶瓷, 详细研究了过渡金属元素及掺杂量对其结构特征和电性能的影响. 结果表明, 凝胶前驱体在900 ℃焙烧 5 h可制得结晶良好且粒径较为细小的钙钛矿结构精细粉体, 陶瓷体的晶格参数随过渡金属含量x的增加而增大, 且按Co, Mn, Fe顺序递增; 所有陶瓷样品在空气气氛中都是氧离子与电子空穴的混合导体, 碱土金属Sr单掺杂NdAlO3的氧离子迁移数由500 ℃时的0.32单调增加到 850 ℃时的0.63, 其电导率随温度的升高由以电子电导为主逐渐转变为以离子电导为主; 而Sr与过渡金属共掺杂样品的氧离子迁移数均在0.001以下, 其电导率主要取决于p型电导, 且随x的增加而增大, 并按Mn, Fe, Co顺序递增, 相应活化能的变化刚好与之相反, 在所制备的样品中Nd0.9Sr0.1Al0.5Co0.5O3-δ 具有最高的电导率(800 ℃时达到100.8 S/cm)和最低的表观活化能(0.135 eV). 在结构和电性能上所观察到的这些变化行为可根据掺杂过渡金属Co, Fe, Mn的离子半径及其金属-氧(M—O)键的键能和共价性的不同来进行解释.
    • 基金项目: 江苏省青蓝工程和江苏省普通高校研究生科研创新计划(批准号: CXLX11-0293)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-04-05
  • 修回日期:  2012-06-05
  • 刊出日期:  2012-11-20

碱土和过渡金属掺杂NdAlO3导电陶瓷的制备、结构与电性能研究

  • 1. 江苏科技大学数理学院, 镇江 212003
    基金项目: 

    江苏省青蓝工程和江苏省普通高校研究生科研创新计划(批准号: CXLX11-0293)资助的课题.

摘要: 采用有机凝胶法结合后期高温烧结制备了较为致密的六方钙钛矿结构 Nd0.9Sr0.1Al1-xMxO3-δ (M = Co, Fe, Mn; x = 0, 0.15, 0.3, 0.5)系列陶瓷, 详细研究了过渡金属元素及掺杂量对其结构特征和电性能的影响. 结果表明, 凝胶前驱体在900 ℃焙烧 5 h可制得结晶良好且粒径较为细小的钙钛矿结构精细粉体, 陶瓷体的晶格参数随过渡金属含量x的增加而增大, 且按Co, Mn, Fe顺序递增; 所有陶瓷样品在空气气氛中都是氧离子与电子空穴的混合导体, 碱土金属Sr单掺杂NdAlO3的氧离子迁移数由500 ℃时的0.32单调增加到 850 ℃时的0.63, 其电导率随温度的升高由以电子电导为主逐渐转变为以离子电导为主; 而Sr与过渡金属共掺杂样品的氧离子迁移数均在0.001以下, 其电导率主要取决于p型电导, 且随x的增加而增大, 并按Mn, Fe, Co顺序递增, 相应活化能的变化刚好与之相反, 在所制备的样品中Nd0.9Sr0.1Al0.5Co0.5O3-δ 具有最高的电导率(800 ℃时达到100.8 S/cm)和最低的表观活化能(0.135 eV). 在结构和电性能上所观察到的这些变化行为可根据掺杂过渡金属Co, Fe, Mn的离子半径及其金属-氧(M—O)键的键能和共价性的不同来进行解释.

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