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实验15
双掺杂铟酸镧基陶瓷的溶胶-凝胶法合成

一、实验背景

质子导体顾名思义就是以质子为传导离子的固体电解质。至今,人们已经发现了众多类似钙钛矿结构的质子陶瓷。结果发现,具有钙钛矿结构的样品,电导率随温度升高而提高,而致密性也随之增大 [1] ,其结构示意图如图。

掺杂的铟酸镧基陶瓷在不同的气氛中表现不同的导电性能。与单掺杂样品比较,双掺杂样品电导率较高,这与双掺杂样品具有较高的氧空位浓度有关。

二、实验原理

目前对于质子导体的传导机理至今还没有一个确切的说法,很多科学家和研究学者提出了不同的理论及模型,比较典型的有隧道理论、缺陷理论和初级模型理论等 [2]

无机物或者金属醇盐等,通过溶液、溶胶、凝胶固化,之后经过加热处理,制成的氧化物或其它化合物的方法称为溶胶-凝胶法。研究表明,溶胶-凝胶法有如下优点 [3] :①较低的温度下合成,设备的性能和结构简单;②原料可在原子水平上均匀地混合;③产品的结构与性能容易控制等。

三、仪器和试剂

1.仪器

高温箱式电炉(2台) 分析天平 玛瑙研钵 球磨机(2台)

磁力搅拌器 烘箱 DSC-TGA热分析仪 酸度计

2.试剂(分析纯)

La 2 O 3 ;Ln 2 O 3 ;两种相应金属硝酸盐;无水乙醇;浓氨水;

浓硝酸;柠檬酸。

四、实验步骤

1.按所需摩尔计量比称取金属碳酸盐,醋酸盐或硝酸盐,将La 2 O 3 、Ln 2 O 3 溶于浓硝酸使之溶解,以适量蒸馏水溶解混合后搅拌均匀。

2.将络合剂柠檬酸加入到混合溶液中,柠檬酸:总的金属离子的摩尔比=2∶1,加热,搅拌至澄清溶液。

3.以氨水调节pH值至9。充分搅拌,加热,使金属离子高度分散,并与柠檬酸充分配位,形成透明的溶胶。继续80℃恒温水浴加热,反应5h得到透明湿凝胶。

4.溶胶经过鼓风电热恒温干燥箱在110℃转变为凝胶。

5.在瓷坩埚中灼烧灰化干凝胶,用玛瑙研钵研磨压片,置于高温电炉中,在1100℃预烧10h。初步形成钙钛矿结构La 0.9 M 0.1 In 1-x N x O 3-α

6.初烧产物在球磨机中球磨1h,经80mesh过筛后,在不锈钢模具中以100MPa压力压制成直径约为18mm、厚度约2mm的圆形薄片。

7.置于高温电炉中于1450℃下烧结5h,得到最终样品钙钛矿结构双掺杂La 0.9 M 0.1 In 1-x N x O 3-α

五、参考文献

[1]牛盾,邵忠宝,姜涛等.SrCe 0.85 Y 0.15 O 2.925 的合成和导电性能[J].材料研究学报,2006,20:377-380.

[2]张俊英,张中天.BaCeO 3 和SrCeO 3 基钙钛矿型固体电解质[J].北京科技大学学报,2000,22(3):249-252.

[3]宿新泰.高温质子导体的溶胶-凝胶法合成及在电化学合成氨中的应用[D].新疆大学,2007. V9RpS70jWkv/7qbiBFnGFrkgbF4IeBtjs9jtxOfhQPzpMuGeWCZ7hD61rWTKGIu0

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