sr、mg掺杂lagao,3材料的制备、性能表征和价电子结构的研究.doc

材料学专业优秀论文材料学专业优秀论文 SrSr、、MgMg 掺杂掺杂 LaGaOLaGaO材料的制备、性能表材料的制备、性能表征和价电子结构的研究征和价电子结构的研究关键词：锶镁掺杂关键词：锶镁掺杂 LaGaO3LaGaO3 材料材料 固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池 固相反应法固相反应法 甘氨酸燃烧甘氨酸燃烧 法法 电子结构电子结构摘要：1994 年 Ishihara 和 Goodenough 等人率先报道了在中温下具有高氧离子 电导率、可用于中温固体氧化物燃料电池(SOFCs)的一种新型电解质-Sr、Mg 掺 杂的 LaGaOlt;,3gt;(LSGM)随后，在世界范围内掀起了对其研究 的高潮研究结果显示，获得高纯度即不含杂相的具有高离子电导率的 LSGM 材 料很困难，且 LSGM 不具有良好的抗热震性能，这直接影响到 LSGM 材料在中温 固体氧化物燃料电池中的广泛使用 本论文采用固相反应法、甘氨酸法和丙 烯酰胺凝胶法三种方法来合成原料粉体；用 X 射线衍射仪(XRD)分析粉体的成相 情况；用透射电子显微镜(TEM)来检测合成粉体的形貌、粒径尺寸；研究了所得 粉体的烧结性能；用阿基米德法测量试样的致密度；用扫描电子显微镜(SEM)对 烧结体进行表面、断面的形貌观察。

并应用“固体分子与经验理论”研究了不 同 Sr、Mg 掺杂量的 LSGM 材料的价电子结构 本论文首先通过固相反应法制 备了 27 种不同 Sr、Mg 掺杂量的 LaGaOlt;,3gt;(LSGM)材料XRD 结 果表明，不同 Sr、Mg 掺杂量的 LSGM 材料，1500℃煅烧 24h，部分成分的 LSGM 可完全由主晶相(LaGaOlt;,3gt;)单相组成，其余的成分由主晶相和 第二相(LaSrGaOlt;,4gt;和 LaSrGalt;,3gt;Olt;,7gt;)组成，并作出了不同成分的 LSGM 材料相区结构图SEM 分析结果表明，该材料的晶粒尺寸随烧结时间的延 长而增大 其次，通过甘氨酸法制备了化学式为 Lalt;,0.85gt;Srlt;,0.15gt;Galt;,0.80gt; Mglt;,0.20gt;Olt;,2.825gt;的 LSGM 材料结果表明， 当 Mlt;,甘氨酸gt;/Mlt;,金属离子gt;=2:1 时材料的纯 度最高主晶相(LaGaOlt;,3gt;)在刚合成的粉体中已存在，但存在 大量的第二相；随煅烧温度的升高，第二相的相对数量不断减少，主晶相的相 对数量不断增加，到 1400℃时完全由主晶相组成。

在同样的煅烧温度下获得的 粉体的纯度高于固相反应法和丙烯酰胺凝胶法，说明在制备高纯度的 LSGM 材料 方面，甘氨酸法具有明显的优势 本文还通过丙烯酰胺法制备了化学式为 Lalt;,085gt;Srlt;,0.15gt;Galt;,0.80gt;M glt;,0.20gt;Olt;,2.825gt;的 LSGM 材料结果表明， 丙烯酰胺法所得粉体未煅烧时不存在主晶相，在 800℃6h 煅烧时，已存在少量 的主晶相；随煅烧温度的升高，主晶相的相对量不断增加，第二相的相对量不 断减少，在 1500℃煅烧 6h 时，仍存在少量的第二相丙烯酰胺法所得粉体粒 度丙烯酰胺法所得粉体粒度低于苷氨酸法和固相反应法，约为 80nm，说明该法 可用来制备纳米细粉，这是该种方法的优势 本文接着研究了固相反应法制 备的 LSGM 试样的离子导电性结果表明，随含量的增加，电导率开始增加，达 到最大值后逐步减少LSGM 的电导率先随烧结时间的增大而增大，然而，当烧 结时间超过 24h，其电导率随晶粒尺寸的增大而将低随测试温度的升高， LSGM 材料的离子电导率升高 最后，本文还研究不同 Sr、Mg 含量的 LSGM材料的价电子结构，提出了复合参量 p，可采用该参量预测具有高离子电导率 的 LSGM 材料的成分。

正文内容正文内容1994 年 Ishihara 和 Goodenough 等人率先报道了在中温下具有高氧离子电 导率、可用于中温固体氧化物燃料电池(SOFCs)的一种新型电解质-Sr、Mg 掺杂 的 LaGaOlt;,3gt;(LSGM)随后，在世界范围内掀起了对其研究的 高潮研究结果显示，获得高纯度即不含杂相的具有高离子电导率的 LSGM 材料 很困难，且 LSGM 不具有良好的抗热震性能，这直接影响到 LSGM 材料在中温固 体氧化物燃料电池中的广泛使用 本论文采用固相反应法、甘氨酸法和丙烯 酰胺凝胶法三种方法来合成原料粉体；用 X 射线衍射仪(XRD)分析粉体的成相情 况；用透射电子显微镜(TEM)来检测合成粉体的形貌、粒径尺寸；研究了所得粉 体的烧结性能；用阿基米德法测量试样的致密度；用扫描电子显微镜(SEM)对烧 结体进行表面、断面的形貌观察并应用“固体分子与经验理论”研究了不同 Sr、Mg 掺杂量的 LSGM 材料的价电子结构 本论文首先通过固相反应法制备 了 27 种不同 Sr、Mg 掺杂量的 LaGaOlt;,3gt;(LSGM)材料XRD 结果 表明，不同 Sr、Mg 掺杂量的 LSGM 材料，1500℃煅烧 24h，部分成分的 LSGM 可 完全由主晶相(LaGaOlt;,3gt;)单相组成，其余的成分由主晶相和第 二相(LaSrGaOlt;,4gt;和 LaSrGalt;,3gt;Olt;,7gt;)组成，并作出了不同成分的 LSGM 材料相区结构图。

SEM 分析结果表明，该材料的晶粒尺寸随烧结时间的延 长而增大 其次，通过甘氨酸法制备了化学式为 Lalt;,0.85gt;Srlt;,0.15gt;Galt;,0.80gt; Mglt;,0.20gt;Olt;,2.825gt;的 LSGM 材料结果表明， 当 Mlt;,甘氨酸gt;/Mlt;,金属离子gt;=2:1 时材料的纯 度最高主晶相(LaGaOlt;,3gt;)在刚合成的粉体中已存在，但存在 大量的第二相；随煅烧温度的升高，第二相的相对数量不断减少，主晶相的相 对数量不断增加，到 1400℃时完全由主晶相组成在同样的煅烧温度下获得的 粉体的纯度高于固相反应法和丙烯酰胺凝胶法，说明在制备高纯度的 LSGM 材料 方面，甘氨酸法具有明显的优势 本文还通过丙烯酰胺法制备了化学式为 Lalt;,085gt;Srlt;,0.15gt;Galt;,0.80gt;M glt;,0.20gt;Olt;,2.825gt;的 LSGM 材料结果表明， 丙烯酰胺法所得粉体未煅烧时不存在主晶相，在 800℃6h 煅烧时，已存在少量 的主晶相；随煅烧温度的升高，主晶相的相对量不断增加，第二相的相对量不 断减少，在 1500℃煅烧 6h 时，仍存在少量的第二相。

丙烯酰胺法所得粉体粒 度丙烯酰胺法所得粉体粒度低于苷氨酸法和固相反应法，约为 80nm，说明该法 可用来制备纳米细粉，这是该种方法的优势 本文接着研究了固相反应法制 备的 LSGM 试样的离子导电性结果表明，随含量的增加，电导率开始增加，达 到最大值后逐步减少LSGM 的电导率先随烧结时间的增大而增大，然而，当烧 结时间超过 24h，其电导率随晶粒尺寸的增大而将低随测试温度的升高， LSGM 材料的离子电导率升高 最后，本文还研究不同 Sr、Mg 含量的 LSGM 材料的价电子结构，提出了复合参量 p，可采用该参量预测具有高离子电导率 的 LSGM 材料的成分 1994 年 Ishihara 和 Goodenough 等人率先报道了在中温下具有高氧离子电导率、 可用于中温固体氧化物燃料电池(SOFCs)的一种新型电解质-Sr、Mg 掺杂的 LaGaOlt;,3gt;(LSGM)随后，在世界范围内掀起了对其研究的高潮研究结果显示，获得高纯度即不含杂相的具有高离子电导率的 LSGM 材料很困难， 且 LSGM 不具有良好的抗热震性能，这直接影响到 LSGM 材料在中温固体氧化物 燃料电池中的广泛使用。

本论文采用固相反应法、甘氨酸法和丙烯酰胺凝胶 法三种方法来合成原料粉体；用 X 射线衍射仪(XRD)分析粉体的成相情况；用透 射电子显微镜(TEM)来检测合成粉体的形貌、粒径尺寸；研究了所得粉体的烧结 性能；用阿基米德法测量试样的致密度；用扫描电子显微镜(SEM)对烧结体进行 表面、断面的形貌观察并应用“固体分子与经验理论”研究了不同 Sr、Mg 掺 杂量的 LSGM 材料的价电子结构 本论文首先通过固相反应法制备了 27 种不 同 Sr、Mg 掺杂量的 LaGaOlt;,3gt;(LSGM)材料XRD 结果表明，不 同 Sr、Mg 掺杂量的 LSGM 材料，1500℃煅烧 24h，部分成分的 LSGM 可完全由主 晶相(LaGaOlt;,3gt;)单相组成，其余的成分由主晶相和第二相 (LaSrGaOlt;,4gt;和 LaSrGalt;,3gt;Olt;,7gt;)组成，并作出了不同成分的 LSGM 材料相区结构图SEM 分析结果表明，该材料的晶粒尺寸随烧结时间的延 长而增大 其次，通过甘氨酸法制备了化学式为 Lalt;,0.85gt;Srlt;,0.15gt;Galt;,0.80gt; Mglt;,0.20gt;Olt;,2.825gt;的 LSGM 材料。

结果表明， 当 Mlt;,甘氨酸gt;/Mlt;,金属离子gt;=2:1 时材料的纯 度最高主晶相(LaGaOlt;,3gt;)在刚合成的粉体中已存在，但存在 大量的第二相；随煅烧温度的升高，第二相的相对数量不断减少，主晶相的相 对数量不断增加，到 1400℃时完全由主晶相组成在同样的煅烧温度下获得的 粉体的纯度高于固相反应法和丙烯酰胺凝胶法，说明在制备高纯度的 LSGM 材料 方面，甘氨酸法具有明显的优势 本文还通过丙烯酰胺法制备了化学式为 Lalt;,085gt;Srlt;,0.15gt;Galt;,0.80gt;M glt;,0.20gt;Olt;,2.825gt;的 LSGM 材料结果表明， 丙烯酰胺法所得粉体未煅烧时不存在主晶相，在 800℃6h 煅烧时，已存在少量 的主晶相；随煅烧温度的升高，主晶相的相对量不断增加，第二相的相对量不 断减少，在 1500℃煅烧 6h 时，仍存在少量的第二相丙烯酰胺法所得粉体粒 度丙烯酰胺法所得粉体粒度低于苷氨酸法和固相反应法，约为 80nm，说明该法 可用来制备纳米细粉，这是该种方法的优势 本文接着研究了固相反应法制 备的 LSGM 试样的离子导电性。

结果表明，随含量的增加，电导率开始增加，达 到最大值后逐步减少LSGM 的电导率先随烧结时间的增大而增大，然而，当烧 结时间超过 24h，其电导率随晶粒尺寸的增大而将低随测试温度的升高， LSGM 材料的离子电导率升高 最后，本文还研究不同 Sr、Mg 含量的 LSGM 材料的价电子结构，提出了复合参量 p，可采用该参量预测具有高离子电导率 的 LSGM 材料的成分 1994 年 Ishihara 和 Goodenough 等人率先报道了在中温下具有高氧离子电导率、 可用于中温固体氧化物燃料电池(SOFCs)的一种新型电解质-Sr、Mg 掺杂的 LaGaOlt;,3gt;(LSGM)随后，在世界范围内掀起了对其研究的高潮 研究结果显示，获得高纯度即不含杂相的具有高离子电导率的 LSGM 材料很困难， 且 LSGM 不具有良好的抗热震性能，这直接影响到 LSGM 材料在中温固体氧化物 燃料电池中的广泛使用 本论文采用固相反应法、甘氨酸法和丙烯酰胺凝胶 法三种方法来合成原料粉体；用 X 射线衍射仪(XRD)分析粉体的成相情况；用透 射电子显微镜(TEM)来检测合成粉体的形貌、粒径尺寸；研究了所得粉体的烧结性能；用阿基米德法测量试样的致密度；用扫描电子显微镜(SEM)对烧结。