镧系钙钛矿氧化物涂层的制备工艺与电性能研究

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镧系钙钛矿型复合氧化物LaMO3(M=Cr、Mn等)耐酸、碱腐蚀,高温物理化学性质稳定,掺杂碱土金属离子部分取代La位,或掺杂过渡金属元素部分取代M位,可改变电学、磁学、光学、催化等性能,但晶体结构基本保持稳定,在半导体、超导体、发光材料和催化剂等领域获得广泛关注。本研究以锰酸镧和铬酸镧为研究对象,探讨在热敏涂层、电热涂层以及热控涂层等方面的应用潜力。采用丝网印刷工艺对溶胶-凝胶法制备的La1-x,SrxMnO3粉体和La1-xCaxCrO3粉体分别制备涂层,研究了制备工艺及掺杂量对涂层质量、导电性的影响规律,探讨了La1-xSrxMnO3涂层的金属相-绝缘相转变及在不同温区的导电机制。主要研究内容及结论如下:(1)研究了丝网印刷关键工艺参数对La1-xSrxMnO3(x=0.1~0.5)涂层质量和导电性的影响规律。不锈钢丝网制备的涂层比用尼龙丝网制备的涂层表面质量好,导电性更均匀;接触式印刷时制备的涂层太薄,而非接触印刷可以获得较为理想的涂层厚度,用高目数的丝网可得到更为均匀的涂层厚度及导电性,表面质量也较高;不同目数丝网制备的涂层在400K-700K范围内的导电机制更加符合绝热小极化子跃迁模型,且丝网目数对高温导电激活能影响不大。(2)通过涂层质量和电性能探讨了La1-xCaxCrO3(x=0.1、0.2、0.3)涂层的丝网印刷制备工艺。该方法制备的La1-xCaxCrO3涂层在1200~1400℃烧结后均未获得较好的烧结效果,涂层强度及其与基底的结合强度均较差,方块电阻较大,工艺需要进一步改进。(3)研究了La1-xSrxMnO3涂层吸收热量后电阻率的变化规律,详细探讨了La1-xSrxMnO3涂层在不同温区的导电机制。La1-xSrxMnO3涂层在低温段呈金属导电机制,高温段呈绝缘体导电机制;在80K-700K范围内,La0.9Sr0.1MnO3和La0.5Sr0.5MnO3成分的涂层均未出现金属相-绝缘相转变点TP;而La0.8Sr0.2MnO3、La0.7Sr0.3MnO3和La0.6Sr0.4MnO3成分的涂层TP分别为103K、208K和236K;随着掺锶量的增加,该相变点温度升高;在400K-700K温度范围内,La1-xSrxMnO3涂层呈绝缘态导电,电阻率变化更符合绝热小极化子跃迁导电模型;La0.7Sr0.3MnO3和La0.6Sr0.4MnO3涂层在88K-135K范围内更符合电子-电子散射机制;由于金属相与绝缘相的竞争作用,在135K-400K的相变温区内,La0.6Sr0.4MnO3涂层的实际电阻率变化更符合逾渗模型。(4)研究了掺锶量对锰酸镧基涂层通电发热效果的影响,包括发热温度及红外辐射波长。La10.6Sr0.4MnO3涂层可以获得最高800℃以上的加热温度,通过控制电压使发热温度保持在500℃时可获得长时间的稳定加热,具备进一步开发为电热涂层的潜力;不同掺锶量的涂层发热温度在90~360℃范围内时,红外辐射波长主要集中在4000-5000nm,随着温度的升高,波峰的位置向短波处移动,并且发热温度越高相同波长的相对辐射能越大,而掺锶量对涂层的红外辐射能谱影响较小。
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