La改性AZO-CaMnO3復合粉體的制備及其結構與電性能研究.pdf

1、隨著科學技術的迅速發(fā)展,導電材料在航空、航海、鐵路、通信、化工、印刷等領域的應用日益廣泛,在對導電材料需求量逐年增長的同時,也對導電材料提出了高性能、低碳、環(huán)保的發(fā)展要求。為了獲得性能優(yōu)異的導電材料,本文采用共沉淀法合成了鑭改性鋁摻雜氧化鋅(AZO)粉體材料,采用溶膠-凝膠自蔓延法合成了La改性CaMnO3粉體材料,并在此基礎上,采用超聲波前軀體無機-無機復合法合成了La改性AZO/CaMnO3復合粉體材料,并對合成材料的結構、形貌和電

2、性能的變化進行了研究。
　　在合成La改性AZO粉體材料的過程中,研究了煅燒溫度和摻雜濃度對La改性AZO粉體電性能的影響。結果表明:隨著煅燒溫度的升高和摻雜濃度的增大,La改性AZO粉體的室溫電阻率均呈現先降低后升高的"V"型變化規(guī)律。當煅燒溫度為600℃,La摻雜濃度為8at％時,La-AZO粉體的室溫電阻率最低,從2.793×108Ω·m下降至3.277×106Ω·m。La-AZO粉體具有較好的溫度穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性,適合應

3、用在變溫導電材料中。XRD分析表明,隨著煅燒溫度的升高,Al的固溶程度先增大后減少,隨著Al摻雜濃度的變化,衍射峰向大角度的偏移影響著晶體的生長方式。SEM分析表明,隨著煅燒溫度的升高,顆粒逐漸增大;隨著Al摻雜濃度的增大,顆粒逐漸細化,并出現片狀結構。當煅燒溫度為600℃,Al摻雜濃度為8at%時,顆粒大小均勻,顆粒間相互熔接更好。
　　在制備了La改性AZO粉體的基礎上,采用高溫固相燒結進一步制備了La改性AZO陶瓷材料,結果

4、表明:高溫燒結有效降低了室溫電阻率,AZO陶瓷材料的室溫電阻率呈現明顯下降趨勢,從2.793×108Ω·m下降至98.095Ω·m。為了研究摻雜引起電性能變化的本質原因,采用第一性原理對La改性AZO材料進行了計算,結果表明:費米能級附近的能帶主要由Zn的3d電子構成,摻雜導致導帶底部產生了附加能級,帶隙寬度減小,摻雜元素與其他元素間的離子鍵逐漸增強,體系更加穩(wěn)定。
　　采用溶膠-凝膠自蔓延法制備了La改性CaMnO3粉體材料,研

5、究了La摻雜濃度及煅燒溫度對電性能、結構的影響。結果表明,La的摻雜有力促進了CaMnO3導電性能的提高。隨著煅燒溫度的升高和摻雜濃度的增大,La改性CaMnO3粉體的室溫電阻率均呈現出"V"型變化趨勢,當煅燒溫度為1050℃,La摻雜濃度為25at%時,室溫電阻率最低,為0.352Ω·m,同時表現出較好的溫度和頻率穩(wěn)定性,呈現半導體的導電特征。XRD分析表明:隨著煅燒溫度的升高,衍射峰強度升高,半峰寬變小;隨著La摻雜濃度的增大,衍射

6、峰強度減弱,半峰寬變大。SEM分析表明,隨著煅燒溫度的升高,粉體形成完整立方晶相,隨著摻雜濃度的升高,顆粒細化,顆粒間逐漸熔接,晶界減少。對La改性CaMnO3粉體進一步進行了高溫二次燒結。研究表明,高溫二次燒結促進了樣品室溫電阻率的進一步降低。當La的摻雜濃度為25at%,二次燒結溫度為1100℃時,室溫電阻率從0.352Ω·m下降至0.054Ω·m。高溫二次燒結使La改性CaMnO3粉體阻溫穩(wěn)定的區(qū)間增大。對La改性CaMnO3粉體

7、的XPS分析可知,元素含量的變化影響La占據CaMnO3晶體格點的位置,從而影響Jahn-Teller畸變和Mn3+t2g3eg1-O2--Mn4+-t2g3eg0雙交換模型的變化。
　　在La改性AZO和CaMnO3的基礎上,采用超聲波前軀體無機-無機復合法制備了La改性AZO/CaMnO3復合粉體材料,并進一步進行了高溫二次燒結。結果表明,隨著煅燒溫度的升高和復合配比的增大,復合粉體的室溫電阻率呈現"V"型變化趨勢。當復合配比