BaPbO<,3>导电陶瓷的制备与性质的研究

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BaPbO3是一种集金属电学性质和陶瓷结构特性于一身的高性能功能材料,具有优良的高电导、耐高温、抗腐蚀、抗氧化等特点。可用于PZT铁电薄膜底电极、厚膜电阻、电极防腐材料、高温PTCR、和高临界温度(Tc)超导材料等方面,特别是在铁电薄膜电极材料的应用方面,取得了较大的进展。BaPbO3优良的高导电性引起了广大科研工作者的重视,但BaPbO3材料的导电机理一直存在争议,存在几种不同的解释。 根据BaPbO3材料潜在的应用研究方向和导电机理上存在的争议,本论文利用可溶性无机盐溶胶一凝胶法制备了BaPbO3基块体和薄、厚膜材料,采用高温平衡电导法研究了不同掺杂情况下BaPbO3基陶瓷的缺陷化学。在本技术及其理论的研究过程中,取得下列成果与结论: 1.首先根据理论分析建立BaPbO3晶体缺陷化学理论模型,同时在缺陷化学理论模型的基础上,采用高温平衡电导法测定材料在未掺杂、受主掺杂和施主掺杂情况下的高温缺陷行为,建立材料在不同掺杂情况下的缺陷化学模型。在BaPbO3晶体缺陷化学模型的基础上,从缺陷结构的角度,探讨了BaPbO3材料的导电机理。随着外界氧分压的改变,根据材料中的主导缺陷及其电荷补偿缺陷,未掺杂和受主掺杂BaPbO3材料的缺陷行为可分为三大区域:在高氧分压区域,未掺杂和受主掺杂材料内的主导缺陷是Vpb和空穴,材料表现出本征缺陷行为;在中氧分压区域,材料转入受主杂质缺陷控制区域,主导缺陷为受主杂质缺陷和空穴:在低氧分压区域,材料中的主导缺陷由受主杂质缺陷和空穴转变为受主杂质和氧离子空位,受主掺杂缺陷反应成为主导缺陷的主要来源。 2.在建立了BaPbO3材料的缺陷化学模型之后,通过控制掺杂离子的种类和数量,同时控制烧成过程中的气氛,来改变材料中的缺陷种类和缺陷浓度,研究了烧成气氛和异价掺杂对材料电学性能的影响。宏观电学性能研究表明:材料的缺陷行为、显微结构和固溶程度是决定未掺杂、施主和受主掺杂BaPbO3材料电学性能的主要因素,特另廿是在低浓度掺杂的情况下,材料的缺陷结构是决定材料性能的主导因素。而在不同气氛下烧成的材料,其电学性能的变化,完全是由于在不同的氧分压环境下材料中主导缺陷的转变和缺陷浓度的变化而引起的。 3.以可溶性无机盐为原料、EDTA、柠檬酸和(或)酒石酸为复合螯合剂、水为溶莉采用溶胶一凝胶法成功制备了BaPbO3薄膜材料。通过对原材料、螯合莉比例、溶胶浓度等条件的研究,确定了均一稳定且具有良好溶胶一凝胶特性的工艺条件。通过对常规热处理和快速热处理工艺的对比研究,确定了制备具有良好显微形貌、导电性能优异的BaPbO3薄膜材料热处理工艺。采用常规热处理方式在670℃下、保温10 min制备的BaPbO3薄膜方阻约为5 Ω·□-1。 4.采甩改进的溶胶-凝胶厚膜制备技术制备了钙钛矿结构的BaPbO3导电厚膜,并研究了工艺条件对材料电学性能的影响。改进的溶胶-凝胶厚膜制备技术是将BaPbO3陶瓷粉体分散于BaPbO3溶胶中,加入适量分散剂、超声分散制成稳定的BaPhO3浆料,然后采用旋涂法制备BaPbO3湿厚膜,最后在适当的热处理温度下制备晶粒尺寸约为1-2μm的连续的钙钛矿晶相的BaPbO3导电厚膜。固相含量为40%的BaPbO3粉体浆料,旋涂成型后经过750℃、保温30 min的热处理,厚膜盼导电性能最佳。 晶体的光、电、磁等功能性质都与晶体的缺陷有关。通过对BaPbO3材料的缺陷化学研究,可以通过改变掺杂离子种类和掺杂量以及烧成气氛等条件来改变材料的缺陷结构,获得符合应用需求的材料。总之,BaPb03缺陷化学的研究,是从本质上理解与缺陷相关的各种理化性能,以此为指导,制备符合应用要求的材料。同时,本研究发展的可溶性无机盐溶胶一凝胶技术和改进的溶胶一凝胶工艺成功制备了BaPbO3薄、厚膜材料,同样可以推广应用于其它多组元氧化物粉体和膜材的制备。
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