基于粉體燃燒凝膠合成LSMO可變發(fā)射率材料結(jié)構(gòu)及性能.pdf

1、熱控制裝置是衛(wèi)星上的重要組成部分之一，其用來(lái)維持衛(wèi)星溫度在合理的范圍內(nèi)，保證其內(nèi)部電子器件的正常工作。為了滿足這個(gè)特殊的要求，研究者在開(kāi)發(fā)不同的熱控制系統(tǒng)做了很多研究，其中最流行的是熱百葉窗。盡管熱百葉的有效發(fā)射率變化范圍很高，它的主要問(wèn)題是質(zhì)量高，高功率消耗和高生產(chǎn)成本。為了克服這些障礙，有必要開(kāi)發(fā)出更輕，更少能量消耗和更低成本的設(shè)備。
　　在近二十年的報(bào)道中，鈣鈦礦型的錳氧化物L(fēng)a1-xAxMnO3（A=Sr, Ca,Ba等）

2、材料系統(tǒng)由于其特殊的輻射性能，具有很大的潛力成為新一代熱控制裝置。通過(guò)適當(dāng)?shù)膿诫s，該材料表現(xiàn)出在低溫下具有低的熱輻射性能，而在較高溫度下可以觀察到高的熱輻射性能。這意味著該材料可以在沒(méi)有外源的情況下，自動(dòng)地通過(guò)本身性能來(lái)調(diào)節(jié)熱量釋放。其中前述組合物中，錳酸鑭摻雜鍶由于其顯著的組織結(jié)構(gòu)，電性能，磁性能及光學(xué)性能引起人們的極大興趣。這種材料已經(jīng)通過(guò)不同的制備方法制備，并獲得以上幾方面的性能。很多合成方法很復(fù)雜，并且需要先進(jìn)的設(shè)備和昂貴的原材

3、料。因此，凝膠燃燒和熱壓成為一種替代手段來(lái)合成LSMO塊體材料，其成本低，制備過(guò)程簡(jiǎn)單。目前，關(guān)于熱壓燒結(jié)制備LSMO塊體材料，其制備工藝對(duì)材料的組織結(jié)構(gòu)、電、光和發(fā)射性能的研究并無(wú)報(bào)道，因此需要進(jìn)一步的研究。
　　本文研究了凝膠燃燒過(guò)程中合成參數(shù)對(duì) LSMO粉末的影響規(guī)律。這種合成方法是化學(xué)溶膠—凝膠，自燃燒和劇烈燃燒過(guò)程的有效結(jié)合，這是一種采用低成本原始材料的簡(jiǎn)單的合成方法。采用此合成方法得到的粉末通常具有較好的均勻性，純度，

4、粒度和活性。然而，在凝膠化過(guò)程中，有很多因素會(huì)影響凝膠溶液的質(zhì)量和穩(wěn)定性，以及其后的燃燒過(guò)程和形成粉末的質(zhì)量。其中的兩個(gè)最重要的因素是溶液的pH值和溶液中螯合劑與金屬離子的摩爾比(φ)。為了防止凝膠化過(guò)程中的沉淀以及后續(xù)燃燒的有效性，需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。所用的原料是檸檬酸，乙二醇和金屬的硝酸鹽，通過(guò)滴加氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值。為了獲得最佳 pH和φ值，采用目測(cè)法，紅外線吸收光譜及XRD分析對(duì)凝膠形成及燃燒過(guò)程進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)于所有樣品均

5、獲得單晶相的燒結(jié)溫度進(jìn)行研究，并對(duì)燒結(jié)后的晶體結(jié)構(gòu)與最終粉末的形態(tài)和Sr2+的摻雜量的關(guān)系進(jìn)行了研究。獲得結(jié)果表明當(dāng)pH值小于1.8時(shí)，凝膠化的過(guò)程不發(fā)生任何沉淀。當(dāng)檸檬酸與金屬離子的比例小于1時(shí)，其后燃燒過(guò)程的粉末的結(jié)晶結(jié)構(gòu)是像LSMO相位。當(dāng)燒結(jié)溫度為1200℃時(shí)，所有Sr摻雜的樣品都獲得了單相粉末。
　　采用上面獲得的最佳參數(shù)，合成大量的LSMO粉末用作進(jìn)一步的研究。將該粉末分成幾份，并使用不同的參數(shù)進(jìn)行熱壓，參數(shù)包括壓強(qiáng)、

6、顆粒大小、燒結(jié)溫度/時(shí)間及摻雜量。并對(duì)這些參數(shù)對(duì) LSMO塊體材料的組織結(jié)構(gòu)、形貌、成分和化學(xué)相的影響規(guī)律進(jìn)行研究。獲得結(jié)果表明，隨成形壓力提高，材料的電阻率降低以及金屬－絕緣體轉(zhuǎn)變溫度 TP向高溫轉(zhuǎn)移。隨顆粒尺寸的減小，燒結(jié)后塊體材料的點(diǎn)陣常數(shù)增加，孔隙率降低，致密度增加以及電阻率升高。隨燒結(jié)溫度的升高，晶粒尺寸增大，同時(shí)溫度每升高100℃，電阻率降低約一個(gè)量級(jí)，金屬－絕緣體轉(zhuǎn)變溫度向高溫移動(dòng)。隨燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，晶界密度降低，電阻率增

7、加。隨 Sr摻雜含量增加，塊體材料LSMO的電阻率降低，同時(shí)使得TP向高溫轉(zhuǎn)移。
　　對(duì)熱壓制備的LSMO塊體材料的光學(xué)特性進(jìn)行了研究。首先，我們研究的不同燒結(jié)溫度及摻雜量對(duì)室溫下中間和遠(yuǎn)紅外線范圍下光譜反射率的影響。在100-4000 cm-1光譜波數(shù)區(qū)間內(nèi)，所有光譜反射率的圖譜具有三個(gè)譜峰，即170、360和590 cm-1，分別對(duì)應(yīng)于La位外部、Mn-O-Mn的彎曲振動(dòng)和Mn-O的伸縮振動(dòng)模式。隨著燒結(jié)溫度升高，彎曲模式和伸

8、縮模式的頻率向高頻地轉(zhuǎn)移，而外部聲子的振動(dòng)基本上不變。采用Kramers-Kronig變換來(lái)計(jì)算了光學(xué)常數(shù)，包含折射率n和消光系數(shù) k，也得到與光譜反射率類(lèi)似的3個(gè)峰。摻雜量的增加導(dǎo)致了光學(xué)聲子的消失，同時(shí)使得反射率升高。對(duì)153-513K區(qū)間內(nèi)發(fā)射率變化計(jì)算表明，材料可以隨溫度變化自動(dòng)調(diào)解發(fā)射率，在摻雜量在0.2時(shí)變化最明顯。文中同時(shí)討論了帶內(nèi)發(fā)射與摻雜濃度的關(guān)系，表現(xiàn)為在有限的波長(zhǎng)范圍內(nèi)（2.5-25微米）的發(fā)射與全域（2.5-10