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随着科学技术的迅速发展,导电材料在航空、航海、铁路、通信、化工、印刷等领域的应用日益广泛,在对导电材料需求量逐年增长的同时,也对导电材料提出了高性能、低碳、环保的发展要求。为了获得性能优异的导电材料,本文采用共沉淀法合成了镧改性铝掺杂氧化锌(AZO)粉体材料,采用溶胶-凝胶自蔓延法合成了La改性CaMnO3粉体材料,并在此基础上,采用超声波前躯体无机-无机复合法合成了La改性AZO/CaMnO3复合粉体材料,并对合成材料的结构、形貌和电性能的变化进行了研究。 在合成La改性AZO粉体材料的过程中,研究了煅烧温度和掺杂浓度对La改性AZO粉体电性能的影响。结果表明:随着煅烧温度的升高和掺杂浓度的增大,La改性AZO粉体的室温电阻率均呈现先降低后升高的"V"型变化规律。当煅烧温度为600℃,La掺杂浓度为8at％时,La-AZO粉体的室温电阻率最低,从2.793×108Ω·m下降至3.277×106Ω·m。La-AZO粉体具有较好的温度稳定性和频率稳定性,适合应用在变温导电材料中。XRD分析表明,随着煅烧温度的升高,Al的固溶程度先增大后减少,随着Al掺杂浓度的变化,衍射峰向大角度的偏移影响着晶体的生长方式。SEM分析表明,随着煅烧温度的升高,颗粒逐渐增大;随着Al掺杂浓度的增大,颗粒逐渐细化,并出现片状结构。当煅烧温度为600℃,Al掺杂浓度为8at%时,颗粒大小均匀,颗粒间相互熔接更好。 在制备了La改性AZO粉体的基础上,采用高温固相烧结进一步制备了La改性AZO陶瓷材料,结果表明:高温烧结有效降低了室温电阻率,AZO陶瓷材料的室温电阻率呈现明显下降趋势,从2.793×108Ω·m下降至98.095Ω·m。为了研究掺杂引起电性能变化的本质原因,采用第一性原理对La改性AZO材料进行了计算,结果表明:费米能级附近的能带主要由Zn的3d电子构成,掺杂导致导带底部产生了附加能级,带隙宽度减小,掺杂元素与其他元素间的离子键逐渐增强,体系更加稳定。 采用溶胶-凝胶自蔓延法制备了La改性CaMnO3粉体材料,研究了La掺杂浓度及煅烧温度对电性能、结构的影响。结果表明,La的掺杂有力促进了CaMnO3导电性能的提高。随着煅烧温度的升高和掺杂浓度的增大,La改性CaMnO3粉体的室温电阻率均呈现出"V"型变化趋势,当煅烧温度为1050℃,La掺杂浓度为25at%时,室温电阻率最低,为0.352Ω·m,同时表现出较好的温度和频率稳定性,呈现半导体的导电特征。XRD分析表明:随着煅烧温度的升高,衍射峰强度升高,半峰宽变小;随着La掺杂浓度的增大,衍射峰强度减弱,半峰宽变大。SEM分析表明,随着煅烧温度的升高,粉体形成完整立方晶相,随着掺杂浓度的升高,颗粒细化,颗粒间逐渐熔接,晶界减少。对La改性CaMnO3粉体进一步进行了高温二次烧结。研究表明,高温二次烧结促进了样品室温电阻率的进一步降低。当La的掺杂浓度为25at%,二次烧结温度为1100℃时,室温电阻率从0.352Ω·m下降至0.054Ω·m。高温二次烧结使La改性CaMnO3粉体阻温稳定的区间增大。对La改性CaMnO3粉体的XPS分析可知,元素含量的变化影响La占据CaMnO3晶体格点的位置,从而影响Jahn-Teller畸变和Mn3+t2g3eg1-O2--Mn4+-t2g3eg0双交换模型的变化。 在La改性AZO和CaMnO3的基础上,采用超声波前躯体无机-无机复合法制备了La改性AZO/CaMnO3复合粉体材料,并进一步进行了高温二次烧结。结果表明,随着煅烧温度的升高和复合配比的增大,复合粉体的室温电阻率呈现"V"型变化趋势。当复合配比为6:4,煅烧温度为1100℃时,复合粉体的室温电阻率最小,为0.582Ω·m。复合粉体的室温电阻率较AZO粉体的室温电阻率有较大程度的降低,同时AZO/La-CaMnO3复合粉体具有较好的温度稳定性和频率稳定性。XRD和SEM分析表明,复合粉体具有六方纤锌矿结构的ZnO和钙钛矿型结构的CaMnO3两相存在。AZO/La-CaMnO3具有优异的电性能和复合协同效果,将在导电材料的应用中有很好前景。