两种钙钛矿结构混合导体材料的制备及电学性能研究

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钙钛矿结构混合导体材料在燃料电池、传感器和氧气的分离等领域有着广泛的技术应用,因此大力开展钙钛矿结构混合导体材料的研究工作,对于我国21世纪可持续发展计划的实现具有重要的战略意义。本论文对YBaA2O5+5(A=Co, Fe)和LaSr3Fe3-xMnxO10-钙钛矿结构混合导体材料的结构、载流子类型和电学性能进行了探索性研究。采用溶胶凝胶法制备了YBaA2O5+δ(A=Co, Fe)和LaSr3Fe3-xMnxO10-(x=0.1,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)粉体,用X射线衍射分析仪和热重分析仪对其结构进行测定和热稳定性分析。在不同淬火温度下,采用碘滴定法测定了两种混合导体中变价离子(Co, Fe和Fe/Mn)的平均价态和氧非化学计量数,探讨了淬火温度对变价离子的平均价态和氧非化学计量数的影响。实验发现:在不同淬火温度下,Co的平均价态和氧非化学计量数开始时,随淬火温度升高而增加,在300℃时达到最大,然后逐渐减小;Fe的平均价态和氧非化学计量数,随淬火温度升高而降低;Fe/Mn的的平均价态随着淬火温度的升高而减小,氧非化学计量数随着淬火温度的升高而增大,并得到了它们的缺陷方程。通过西贝克系数的测量表明YBaA2O5+δ(A=Co, Fe)和LaSr3Fe3-xMnxO10-混合导体材料在一定温度范围内为p型导体。通过采用四端子法对YBaA2O5+δ(A=Co, Fe)和LaSr3Fe3-xMnxO10-混合导体电导率的研究表明:在200℃-325℃内,YBaCo2O5+δ混合导体样品的电导率先随着温度的升高而增加,表现出半导体导电特性;当温度高于325℃时,电导率随温度的升高而降低,呈现出金属导电特性。在不同温度下,YBaFe2O5+δ混合导体的电导率随着温度的升高而降低。在LaSr3Fe3-xMnxO10-混合导体中,Mn掺杂样品电导率均出现半导体—金属转变,当掺杂量为x=0.1时其电导率值最大,而当掺杂量为x=1.0时其电导率值最小。另外,在同样锰掺杂量下,LaSr3Fe3-xMnxO10-电导率随温度升高而减小。最后,首次采用扫描开尔文探针测试了在不同淬火温度下YBaA2O5+δ(A=Co,Fe)混合导体样品的表面势和在不同Mn掺杂量下LaSr3Fe3-xMnxO10-混合导体样品的表面势,定性分析了激发其样品表面电子所需的能量。
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