磷灰石型硅酸镧及钇/钕掺杂的研究

摘要

采用固相反应法和溶胶-凝胶法制备了不同La/Si比的磷灰石型硅酸镧La10-xSi6O27-1.5x化合物，进行了La位掺杂稀土元素Y、Nd的研究。对所制备的化合物的结构进行了XRD表征，采用交流阻抗法测试了电导率，测试了热膨胀系数。结果表明:
　　固相反应法合成La10-xSi6O27-1.5x，当x小于0.15时得到的产物中含有XRD可检测到的杂质，用溶胶凝胶法可以降低合成La10-xSi6O27-1.5x的煅烧温度。La10-xSi6O27-1.5x(0≤x≤0.67)的电导率随着x的增大而减小，La9.85Si6O26.775的电导率最大，800℃时达1.7×10-2S·cm-1，x＜0.15时，由于杂质过多电导率降低。La10-xSi6O27-1.5x(0≤x≤0.67)的导电活化能在0.83-0.90eV范围。La10-xSi6O27-1.5x的热膨胀系数随着La/Si的增大而增大，800℃时，La9.33Si6O26、La9.7Si6O26.55和La10Si6O27的平均热膨胀系数分别为8.672×10-6、8.902×10-6和9.102×10-6/℃。
　　La9.7-xYxSi6O26.55中La位Y可掺杂量x不超过4.5。掺杂Y降低了硅酸镧的电导率，导电活化能随着Y掺杂量的增大而增大，La8.7YSi6O26.55、La7.7Y2Si6O26.55、La6.7Y3Si6O26.55和La5.7Y4Si6O26.55的导电活化能分别为0.97、1.07、1.16和1.35eV。La8.7YSi6O26.55在800℃时的平均膨胀系数为8.909×10-6/℃。
　　La10-xNdxSi6O27中La位的Nd最大掺杂量x小于9.5。Nd掺杂量增大时电导率减小，但Nd掺杂量为50％(x=5)时例外，导电活化能在0.81～0.88eV之间。800℃时La9NdSi6O27和La8Nd2Si6O27的平均热膨胀系数分别为9.226×10-6/℃和9.321×10-6/℃。

目录

摘要

前言

第一章 绪论

1．1 燃料电池简介

1．2 固体氧化物燃料电池的电解质

1．2．1 萤石结构型电解质

1．2．2 钙钛矿型电解质

1．2．3 磷灰石型电解质

1．3 磷灰石型硅酸镧电解质

1．3．1 磷灰石型硅酸镧的晶体结构与导电机理

1．3．2 磷灰石型硅酸镧的掺杂机理

1．3．3 磷灰石型硅酸镧的制备方法

1．3．4 磷灰石型硅酸镧的应用与发展前景

1．4 本论文研究内容

第二章 合成工艺及表征方法

2．1 实验试剂和仪器

2．1．1 实验试剂

2．1．2 主要仪器设备

2．2 原料预处理

2．2．1 固体原料预处理

2．2．2 TEOS的纯度测定

2．3 硅酸镧基化合物的合成方法及工艺流程图

2．4 表征方法

2．4．1 X射线衍射分析(XRD)

2．4．2 扫描电镜(SEM)分析

2．4．3 交流阻抗谱

2．4．4 热膨胀系数的测定

2．4．5 电导率和活化能的计算

2．4．6 烧结密度、理论密度和相对密度

第三章 La10-xSi6O27-1．5x的合成及表征

3．1 La10-xSi6O27-1．5x的合成

3．1．1 La10Si6O27的合成

3．1．2 La9．33Si6O26的合成

3．1．3 La10-xSi6O27-1．5x(0≤x≤0．67)的固相法合成

3．2 La10-xSi6O27-1．5x的性能表征

3．2．1 La10-xSi6O27-1．5x的导电性研究

3．2．2 La10-xSi6O27-1．5x的SEM及密度分析

3．2．3 La10-xSi6O27-1．5x的热膨胀系数研究

3．3 本章小结

第四章 Y掺杂磷灰石型硅酸镧的合成及表征

4．1 La9．7-xYxSi6O26．55的合成

4．2 La9．7-xYxSi6O26．55的性能表征

4．2．1 La9．7-xYxSi6O26．55的导电性研究

4．2．2 La9．7-xYxSi6O26．55的SEM和密度分析

4．2．3 La9．7-xYxSi6O26．55的热膨胀系数

4．3 本章小结

第五章 Nd掺杂磷灰石型硅酸镧的合成及表征

5．1 La10-xNdxSi6O27的合成

5．2 La10-xNdxSi6O27的性能表征

5．2．1 La10-xNdxSi6O27的导电性研究

5．2．2 La10-xNdxSi6O27的SEM及密度分析

5．2．3 La10-xNdxSi6O27的热膨胀系数

5．3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

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