鈣鈦礦結(jié)構(gòu)混合導(dǎo)體透氧膜材料的制備及其性能研究.pdf

1、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)混合導(dǎo)體材料在氧氣生產(chǎn)、燃料電池和傳感器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,尤其是該材料在中高溫環(huán)境下對(duì)氧氣具有100％的選擇性,在制備純氧、固體氧化物燃料電池等方面的應(yīng)用前景,近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注?；旌蠈?dǎo)體透氧膜材料在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,不但需要有較高的氧氣滲透量,而且還需要有很好的穩(wěn)定性。目前,對(duì)于透氧膜材料的研究主要集中于具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)混合導(dǎo)體的氧化物,該材料已經(jīng)有較為深入的了解并取得了一些成果,但是仍有不少問(wèn)題需要解決,比如Co基材料具有

2、很高的透氧量但穩(wěn)定性差,因此提高透氧膜材料在實(shí)際應(yīng)用中的透氧量和穩(wěn)定性是非常迫切的。本文選擇純氧離子導(dǎo)體LaGaO3基材料,通過(guò)對(duì)其A、B位分別摻雜Sr、Fe使其具有離子-電子混合導(dǎo)電性,研究發(fā)現(xiàn)該材料具有低的熱膨脹系數(shù)及高的穩(wěn)定性,是一種優(yōu)良的含鎵透氧膜材料,但缺乏對(duì)其性能的詳細(xì)研究,因此本文選擇La1-xSrxGa0.6Fe0.4O3-δ(x=0.1,0.3,0.5)材料,并對(duì)該材料性能進(jìn)行了研究。
　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,分別以氧化

3、鑭、碳酸鍶、氧化鎵、氧化鐵、硝酸鑭、硝酸鍶、硝酸鎵、硝酸鐵、甘氨酸等為主要原料,選取合適的有機(jī)粘結(jié)劑,分別通過(guò)固相法和甘氨酸-硝酸鹽法制備出了La1-xSrxGa0.6Fe0.4O3-δ粉末并壓制燒結(jié)。系統(tǒng)研究了燒結(jié)溫度對(duì)燒結(jié)體的顯微組織、電導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等的影響,并采用碘滴定法測(cè)試材料中 Fe元素的價(jià)態(tài)變化以及透氧量。全文主要結(jié)果如下:
　　(1)以相應(yīng)的氧化物為原料,通過(guò)固相法混合經(jīng)1250℃煅燒5h后成功制備出La1-xS

4、rxGa0.6Fe0.4O3-δ粉末,通過(guò)壓制獲得了La1-xSrxGa0.6Fe0.4O3-δ生坯,在不同溫度下燒結(jié)并測(cè)試其電導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù),結(jié)果表明:當(dāng)摻雜量x=0.3時(shí),燒結(jié)溫度為1450℃電導(dǎo)率最高,當(dāng)摻雜量x=0.1時(shí),材料在400~800℃溫度測(cè)試范圍內(nèi)的平均熱膨脹系數(shù)最低為11.25×10-6K-1。
　　(2)以相應(yīng)的硝酸鹽為原料,通過(guò)GNP合成La1-xSrxGa0.6Fe0.4O3-δ前驅(qū)體粉末,經(jīng)700℃煅

5、燒5h可以獲得晶粒細(xì)小的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的La1-xSrxGa0.6Fe0.4O3-δ粉末。當(dāng)燒結(jié)體的燒結(jié)溫度為1300℃,電導(dǎo)率測(cè)試溫度為800℃時(shí),不同摻雜量La1-xSrxGa0.6Fe0.4O3-δ電導(dǎo)率分別為4.09S·cm-1、4.42S·cm-1和4.33S·cm-1,在400~800℃測(cè)的平均熱膨脹系數(shù)分別為10.74×10-6K-1、11.12×10-6K-1和11.55×10-6K-1。
　　(3)通過(guò)碘滴定法分

6、析 La1-xSrxGa0.6Fe0.4O3-δ(x=0.1,0.3,0.5)燒結(jié)體中的Fe的平均化合價(jià)和非化學(xué)計(jì)量值δ隨燒結(jié)溫度的變化,結(jié)果表明,當(dāng)x=0.3時(shí),Fe的平均化合價(jià)最高達(dá)到3.17,La1-xSrxGa0.6Fe0.4O3-δ非化學(xué)計(jì)量氧缺陷的值在600~900℃之間測(cè)試的值在0.0356~0.228范圍之內(nèi)。
　　(4)采用固相法和GNP法制備的La0.7Sr0.3Ga0.6Fe0.4O3-δ試樣,其透氧量均隨著