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与钽相比，铌资源丰富，价格低廉。电解电容器市场十分巨大，仅2002年1～6月进口总额就达到28946.8万美元。近年来电解电容器消费有向高端市场转移的趋势。铝电解电容器价格便宜但性能较差，钽电解电容器性能可靠但价格高，因此性能较好、价格较低的铌电解电容器有广阔的发展空间。但铌电解电容器需解决其固有的不稳定性等问题才能达到市场所需的性能要求。本课题研究的低价铌氧化物电解电容器阳极具有比容高、漏电流小、性能稳定、可靠性高的特点。 首次采用：Nb与Nb2O5固-固反应制备低价铌氧化物粉末→粉末压制成型→阳极烧结→阳极氧化工艺研制了电性能优良的低价铌氧化物电解电容器阳极；采用正交试验法及方差分析就各工艺条件对阳极电性能的影响进行了详细研究，并对工艺条件进行了优化。采用该工艺制备出的低价铌氧化物电容器阳极比容72950μF·V·g-1、损耗16.3％、漏电流（K值）4.27×10-5μA·μF-1·V-1，其电性能指标优于FTa16-300电容器钽粉国家标准（GB／T 3136-1995）。 Nb与Nb2O5固-固反应制备低价铌氧化物工艺具有产品不受污染、体系氧含量容易控制的优点，是制备电解电容器阳极用低价铌氧化物的理想工艺。XRD分析表明，制备的低价铌氧化物粉末主要物相为NbO。动力学分析表明，O在不同物相中的扩散是Nb与Nb2O5反应速度的控制步骤，研磨混合、高温焙烧有利于反应速度的提高。 运用量子化学理论、结构化学理论，首次深入分析了NbO的结构、稳定性及导电机理。Nb的外层电子结构、电离势、轨道分裂特性和NbO、NbO2歧化反应自由能计算结果证明NbO具有较高的稳定性；结构化学理论计算表明，NbO为NaCl型立方晶体结构；量子化学能带理论分析表明，NbO晶体具有良好的导电能力，满足电容器对阳极材料的导电能力要求。 采用SEM首次对低价铌氧化物比容高的原因及其烧结、赋能过程中粉末微观形貌的变化进行了详细研究。 利用SEM及D-lgP图（压制密度-压力对数关系图），首次对低价铌氧化物粉末团聚状态进行了表征，并研究了粉末团聚状态对阳极电性能的影响。中南大学博士学位论文中文摘要 通过实验首次对低价锯氧化物的氧含量与其电性能之间的关系进行了研究。结果表明，低价妮氧化物的氧含量对其电性能有很大影响。 实验研究发现，形成电压从20V至50V，低价妮氧化物与担、妮金属相似，其阳极形成电压与形成液绝对温度的乘积为常数;阳极容量与形成电压的乘积基本不变;随着形成电压的改变，低价锯氧化物斌能阳极呈现出不同的鲜艳干涉色（即色标）。 首次由电容器基本原理推导出重量一容量法测量阀金属翻极氧化膜形成常数a及阳极有效面积S的计算公式:、.产、.尹1.二2︺了.、尹叮.、UZ一Ul :材梅马，11、。、，<sub><sub>、川、——飞—一—入叮，一叮，，、IUll一V尸3.6，关叼d一c:q‘’‘s些吵空丛兰型业x 10一，（扩）战q一几)式中:。一氧化膜介电常数:p一氧化物密度/gom“;haoy，M。一分别为氧化膜分子量和氧的原子量;Y-形成1摩尔氧化膜所需氧原子的摩尔数;U;、U乏-阳极不同形成电压那，U，<认;C:，CZ一分别为U，、认电压赋能后阳极容量pF;巩，巩一分别为U，、认电压赋能后阳极重量/g。该法最大的优点在于无需预先知道阳极有效面积就可求得形成常数，特别适合多孔阳极形成常数与有效面积的测定。由该法测得低价妮氧化物阳极的形成常数为2. 30川n，V’，与资料报道的锯的形成常数2.0一2.2咖·v‘十分接近，说明阳极基体由妮变为低价锯氧化物并未对阳极氧化膜形成常数产生大的影响。 采用循环伏安及交流阻抗方法，首次对磷酸溶液中低价妮氧化物电极的阳极氧化行为进行了详细研究。结果显示，低价锯氧化物阳极氧化反应无明显的“析氧峰”，属扩散控制，表现出多孔阳极的特点，其反应历程如下: 肠口+H，o。人丢口（口万）abs十H++。（3） 6NbO（。万）absoNbZ认+4Nbo+3从。砰)随着形成电压的升高，阳极氧化膜逐渐增厚;电极过程可等效为一个电阻与一个电容的串联。 通过对阳极氧化膜生长过程详细分析，提出新的阳极氧化膜生长机理:（1）氧化膜的位垒及氧化膜内的电场强度决定氧化膜的生长厚度;（2）形中南大学博士学位论文中文摘要成时，氧化膜内的电流传导主要为空穴传导形式;（3）氧化膜的生长方向主要由氧化膜中载流子的迁移形态决定;（4）形成液中电解质元素进入氧化膜的浓度及深度由其是否能与氧化膜中的几Ons一(0成n（2.5）形成牢固结合决定;（5）阳极氧化膜具有多层结构，由外向内分别为:吸附层、富氧层、均匀氧化物层、低价氧化物层。 小角度X衍射分析结果表明，低价妮氧化物阳极氧化膜与锯金属阳极氧化膜相同，均为无定型卜七205。 低价锯氧化物阳极氧化膜生长特点:阳极氧化膜向基体方向的生长速度比金属锯阳极的快;氧化膜向基体方向生长的厚度与向形成液方向生长的厚度之比为0.84/0 .16:形成电流密度相同时，低价妮氧化物阳极氧化膜比金属妮阳极氧化膜生长速度快，形成电压上升迅速。 通过分析首次提出，体系中水的存在是阀金属阳极氧