一種鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料及其制備方法。本發(fā)明提供的材料化學(xué)通式為Sr1?xLaxTi1?yInyO3，其中，0.1≤x≤0.4，0.03≤y≤0.1。本發(fā)明采用鈦酸四丁酯為鈦源，無(wú)水乙醇和異丙醇作為溶劑，以鑭和銦的氧化物作為摻雜物原料，通過(guò)溶膠?凝膠法制備得到鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料。本發(fā)明提供的鑭銦共摻雜混合導(dǎo)體材料具有單一立方相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性好，電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)性能優(yōu)異，能夠滿(mǎn)足燃料電池陽(yáng)極材料，透氧膜，汽車(chē)尾氣傳感器等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用需要。本發(fā)明提供的制備方法與傳統(tǒng)的固相燒結(jié)方法相比，具有反應(yīng)時(shí)間短、能耗低、產(chǎn)物致密度高，組成均勻等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦酸鍶是鈣鈦礦型寬禁帶氧化物，室溫下禁帶寬度3.2eV。由于其具有介電常數(shù)高，損耗低、熱穩(wěn)定性好以及優(yōu)良的催化活性等優(yōu)點(diǎn)，使其成為一種有廣泛用途的電子功能陶瓷材料，在傳感器、燃料電池電極、氧化脫氫、光催化、三元催化劑等多個(gè)領(lǐng)域都展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。但是，常溫下的鈦酸鍶電導(dǎo)率很低，大大限制了其在導(dǎo)電材料中的應(yīng)用。
[0003]為了進(jìn)一步提高鈦酸鍶的性能，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用摻雜的方法。在鈦酸鍶材料中，氧元素形成的氧八面體為共點(diǎn)連接，其間隙較大，可以允許較大尺寸離子填入，使得鈦酸鍶晶體結(jié)構(gòu)摻雜后能形成均相結(jié)構(gòu)，即當(dāng)摻雜離子的尺寸與幾何學(xué)要求有較大出入時(shí)，仍然能夠保持鈦酸鍶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。目前，主要通過(guò)對(duì)A位和B位的單摻雜，也就是分別摻雜鈦酸鍶的Sr位和Ti位來(lái)調(diào)整鈦酸鍶的導(dǎo)電性能。單獨(dú)摻雜鈦酸鍶的A位(Sr位)為施主摻雜，產(chǎn)生電子，促進(jìn)材料的電子電導(dǎo)率，單獨(dú)摻雜鈦酸鍶的B位(Ti位)為受主摻雜，產(chǎn)生氧離子空位，促進(jìn)材料的離子電導(dǎo)。
[0004]但A位或B位單摻雜的鈦酸鍶并不能夠同時(shí)提高材料的電子導(dǎo)電和離子導(dǎo)電性能。因此，制備一種同時(shí)具有良好的電子導(dǎo)電和離子導(dǎo)電性能的鈦酸鍶混合導(dǎo)體材料成為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料及其制備方法。本發(fā)明提供的鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料，穩(wěn)定性好，電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)性能優(yōu)異。
[0006]本發(fā)明提供了一種鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料，化學(xué)通式如式I所示:
[0007]Sn—xLaxTii—ylny03 式I;
[0008]其中，0.1彡 X彡 0.4，0.03 彡y 彡 0.1。
[0009]優(yōu)選的，所述式I中0.2彡X彡0.3，0.04彡y彡0.08。
[0010]本發(fā)明提供了一種上述技術(shù)方案所述鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料的制備方法，包括以下步驟:
[0011](I)將鈦酸四丁酯、氧化鑭、氧化銦與異丙醇和無(wú)水乙醇混合，得到鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液；
[0012](2)將所述步驟(I)得到的鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液與鍶鹽溶液混合后陳化，得到鑭和銦共摻雜的鈦酸鍶溶膠；
[0013](3)去除所述步驟(2)得到的溶膠中的溶劑，得到鑭和銦共摻雜的鈦酸鍶凝膠；
[0014](4)將所述步驟(3)得到的鑭和銦共摻雜的鈦酸鍶凝膠焙燒，得到鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟(I)中異丙醇和無(wú)水乙醇的體積比為3?5:1。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟(2)中鍶鹽溶液中的溶劑為無(wú)水乙醇或水。
[0017]優(yōu)選的，所述鍶鹽為硝酸鍶、鹽酸鍶、碳酸鍶和乙酸鍶中的一種或幾種。
[0018]優(yōu)選的，所述步驟(2)中混合在攪拌條件下進(jìn)行，所述攪拌時(shí)間為30?60min。
[0019]優(yōu)選的，所述步驟(2)中陳化時(shí)間為12?24h。
[0020]優(yōu)選的，所述步驟(3)中去除溶劑的方式為烘干，所述烘干的溫度為50?80°C。
[0021 ]優(yōu)選的，所述步驟(4)中焙燒的溫度為900?1100°C，焙燒的時(shí)間為8?10h。
[0022]本發(fā)明提供的鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料，化學(xué)通式如式I所示:
Sn—xLaxTii—ylny03 式I;
其中，0.1^^<0.4，0.03^^<0.1。式I所示化學(xué)通式的鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料具有單一立方相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性好;本發(fā)明通過(guò)鑭銦共摻雜，形成電子-離子混合導(dǎo)電機(jī)制，同時(shí)控制鑭和銦的摻雜量，使鑭的A位摻雜不僅促進(jìn)材料的電子電導(dǎo)，也能促進(jìn)材料的離子電導(dǎo);得到的鈦酸鍶導(dǎo)體材料電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)性能優(yōu)異，能夠滿(mǎn)足燃料電池陽(yáng)極材料，透氧膜，汽車(chē)尾氣傳感器等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用需要。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在100-900°C范圍內(nèi)，總電導(dǎo)率為0.06-0.085/011—1之間，在600-900°(:范圍內(nèi)，離子電導(dǎo)率為0.002-0.0145/cm—1之間，高于鑭和銦分別單摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料電導(dǎo)性能的簡(jiǎn)單疊加。
[0023]本發(fā)明還提供了上述鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料的制備方法。本發(fā)明提供的溶膠-凝膠法避免了固相合成法導(dǎo)致燒結(jié)溫度過(guò)高(一般要高于1500度)，以及合成的材料微觀(guān)組成不均勻的問(wèn)題；同時(shí)直接采用摻雜物的氧化物為原料直接加入，無(wú)需去離子水溶解，克服了鈦酸丁酯水解的技術(shù)難題，從而簡(jiǎn)化了溶膠-凝膠法，進(jìn)而降低了燒結(jié)溫度，節(jié)約了能源，得到微觀(guān)組織均勻的材料。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1、2和3制備得到鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料的XRD圖譜；
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例4和5制備得到鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料的XRD圖譜；
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料的微觀(guān)形貌；
[0027]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2制備得到鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料的微觀(guān)形貌；
[0028]圖5為本發(fā)明實(shí)施例3制備得到鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料的微觀(guān)形貌；
[0029]圖6為本發(fā)明實(shí)施例4制備得到鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料的微觀(guān)形貌；
[0030]圖7為本發(fā)明實(shí)施例5制備得到鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料的微觀(guān)形貌。
【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明提供了一種鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料，化學(xué)通式如式I所示:
[0032]Sn-xLaxTi1-ylny03 式I;
[0033]其中，0.1彡X彡0.4，0.03彡y彡0.1。在本發(fā)明中，所述式I中X和y的值優(yōu)選為0.2彡x^0.3,0.04^y^0.08。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料可具體為Sr0.7La0.3T1.96ln0.0403、Sr0.7La0.3T1.94ln0.0603、Sr0.7La0.3T1.92ln0.0803、Sr0.7La0.3Ti0.94In0.06O3 或 Sr0.8La0.2T1.92ln0.08030
[0034]在本發(fā)明中，所述La對(duì)A位的Sr進(jìn)行代替，形成施主摻雜，提高材料的電子電導(dǎo);所述In對(duì)B位的Ti進(jìn)行代替，形成受主摻雜，提高材料的例子電導(dǎo)和催化活性;La和In共摻雜，形成電子-離子混合導(dǎo)電機(jī)制，使La的A位摻雜不僅促進(jìn)材料的電子電導(dǎo)，也能促進(jìn)材料的離子電導(dǎo)。
[0035]本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案所述鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料的制備方法，包括以下步驟:
[0036](I)將鈦酸四丁酯、氧化鑭、氧化銦與異丙醇和無(wú)水乙醇混合，得到鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液；
[0037](2)將所述步驟(I)得到的鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液與鍶鹽溶液混合后陳化，得到鑭和銦共摻雜的鈦酸鍶溶膠；
[0038](3)去除所述步驟(2)得到的溶膠中的溶劑，得到鑭和銦共摻雜的鈦酸鍶凝膠；
[0039](4)將所述步驟(3)得到的鑭和銦共摻雜的鈦酸鍶凝膠焙燒，得到鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料。
[0040]本發(fā)明將鈦酸四丁酯、氧化鑭、氧化銦與異丙醇和無(wú)水乙醇混合，得到鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液。在本發(fā)明中，所述氧化鑭、氧化銦與鈦酸四丁酯的摩爾比優(yōu)選為I?1.5:0.2?0.4:4.6?4.8。本發(fā)明對(duì)所述混合的操作沒(méi)有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的混合的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，優(yōu)選首先將鈦酸四丁酯與異丙醇和無(wú)水乙醇的混合溶劑混合，得到鈦酸四丁酯的無(wú)水溶液。在本發(fā)明中，所述異丙醇和無(wú)水乙醇的體積比優(yōu)選為3?5:1;所述鈦酸四丁酯無(wú)水溶液的摩爾濃度優(yōu)選為0.09?
0.12mol/L0
[0041]本發(fā)明優(yōu)選將得到鈦酸四丁酯的無(wú)水溶液與氧化鑭和氧化銦混合，得到鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液。在本發(fā)明中，所述混合優(yōu)選在攪拌的條件下進(jìn)行。在本發(fā)明中，所述攪拌優(yōu)選為磁力攪拌;所述攪拌的速率優(yōu)選為500?700r/min，更優(yōu)選為550?650r/min ；所述攪拌的時(shí)間優(yōu)選為2?4h，更優(yōu)選為2.5?3.5h。
[0042]得到鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液后，本發(fā)明將前驅(qū)液與鍶鹽溶液混合后陳化，得到鑭和銦共摻雜的鈦酸鍶溶膠。在本發(fā)明中，所述鍶鹽優(yōu)選為硝酸鍶、鹽酸鍶、碳酸鍶和乙酸鍶中的一種或幾種。所述鍶鹽溶液由鍶鹽與無(wú)水乙醇或水混合得到；所述鍶鹽溶液中鍶鹽的摩爾濃度優(yōu)選為I?2mol/L。在本發(fā)明中，所述混合優(yōu)選在攪拌條件下進(jìn)行;所述攪拌優(yōu)選為磁力攪拌;所述攪拌的速率優(yōu)選為500?700r/min，更優(yōu)選為550?650r/min;所述攪拌的時(shí)間優(yōu)選為30?60min，更優(yōu)選為40?50min。在本發(fā)明中，所述攪拌可以加速鍶鹽與鈦酸丁酯形成溶膠。在本發(fā)明中，所述陳化的時(shí)間優(yōu)選為12?24h，更優(yōu)選為16?20h。
[0043]得到鑭和銦共摻雜的鈦酸鍶溶膠后，本發(fā)明將所述溶膠中的溶劑去除，得到鑭和銦共摻雜的鈦酸鍶凝膠。本發(fā)明對(duì)所述去除溶劑的操作沒(méi)有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備凝膠的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，優(yōu)選通過(guò)烘干去除溶膠中的溶劑。在本發(fā)明中，所述烘干的溫度優(yōu)選為50?80°C，更優(yōu)選為60?70°C;所述烘干的時(shí)間優(yōu)選為24?36h，更優(yōu)選為28?32h。
[0044]完成所述烘干后，本發(fā)明優(yōu)選將得到的鑭和銦共摻雜的鈦酸鍶凝膠進(jìn)行粉碎。在本發(fā)明中，所述粉碎后鑭和銦共摻雜的鈦酸鍶凝膠的粒度優(yōu)選為100?200目，更優(yōu)選為140?160目。本發(fā)明對(duì)所述粉碎的操作沒(méi)有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的粉碎的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，優(yōu)選采用研磨方式進(jìn)行粉碎。
[0045]得到鑭和銦共摻雜的鈦酸鍶凝膠后，本發(fā)明將所述鑭和銦共摻雜的鈦酸鍶凝膠進(jìn)行焙燒，冷卻后得到鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體粉末。在本發(fā)明中，所述焙燒的溫度優(yōu)選為900?1100°C，更優(yōu)選為980?1020°C;所述焙燒的時(shí)間優(yōu)選為8?10h，更優(yōu)選為8.5?9.5h。在本發(fā)明中，所述焙燒可以去除有機(jī)物。在本發(fā)明中，所述冷卻的方式優(yōu)選為隨爐冷卻。
[0046]本發(fā)明優(yōu)選在完成所述焙燒后，對(duì)得到的鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體粉末進(jìn)行壓片、燒結(jié)和冷卻，得到鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料。本發(fā)明對(duì)所述壓片的操作沒(méi)有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的壓片的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述壓片優(yōu)選采用單軸加壓壓制;所述壓片的壓力優(yōu)選為5?lOMPa，更優(yōu)選為7?8MPa。在本發(fā)明中，所述壓片后產(chǎn)品的尺寸優(yōu)選為直徑8?10mm，厚度I?2mm。在本發(fā)明中，所述燒結(jié)的溫度優(yōu)選為1200?15000C，更優(yōu)選為1300?1400 °C，最優(yōu)選為1340?1370 °C ；所述燒結(jié)的時(shí)間優(yōu)選為3?6h，更優(yōu)選為4?5h。在本發(fā)明中，所述燒結(jié)可以提高材料的致密性。在本發(fā)明中，所述冷卻的方式優(yōu)選為隨爐冷卻。
[0047]為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)地描述，但不能將它們理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0048]實(shí)施例1:
[0049]鑭的摻雜濃度為30%，銦的摻雜濃度為4%:
[0050](I)首先根據(jù)SrQ.7La0.3Ti().96In().()403中的化學(xué)計(jì)量比(鍶、鑭摩爾比為70:30;鈦、銦摩爾比為96:4)稱(chēng)取1.63g鈦酸四丁酯、0.24g氧化鑭和0.028g氧化銦然后將鈦酸四丁酯溶于30mL異丙醇和1mL無(wú)水乙醇的混合溶劑中，攪拌至均勻后，將氧化鑭和氧化銦放入鈦酸四丁酯的混合溶液中，在600r/min速率磁力攪拌3h即可得到鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液。
[0051 ] (2)根據(jù)3^).71^().311().961加.()403中的化學(xué)計(jì)量比(鍶、鑭摩爾比為70:30)稱(chēng)取0.758乙酸鍶，然后將乙酸鍶溶于3mL去離子水，攪拌至完全溶解形成鍶鹽溶液;將鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液和乙酸鍶溶液進(jìn)行混合，并在600r/min速率下磁力攪拌30min，陳化24小時(shí)后得到摻雜鑭和銦的鈦酸鍶溶膠。
[0052](3)將所得的摻雜鑭和銦的鈦酸鍶溶膠50°C下烘干30h，去除有機(jī)溶劑后得到摻雜鑭和銦的鈦酸鍶凝膠。
[0053](4)將摻雜鑭和銦的鈦酸鍶干凝膠研磨成100目粉體后，在900°C條件下恒溫焙燒1h，隨爐冷卻后得到摻雜鑭、銦的鈦酸鍶粉體。
[0054](5)將摻雜鑭、銦的鈦酸鍶粉體在5MPa的壓力下進(jìn)行單軸加壓，壓制成片狀后，在1300°C條件下保溫5h，隨爐冷卻后得到鑭、銦共摻雜的鈦酸鍶混合導(dǎo)體材料。
[0055]步驟(2)中的乙酸鍶可用相同摩爾量的硝酸鍶、鈦酸鍶或鹽酸鍶替代。
[0056]采用CHI660B型電化學(xué)工作站對(duì)得到的鑭、銦共摻雜的鈦酸鍶混合導(dǎo)體材料進(jìn)行電導(dǎo)率檢測(cè)。在頻率范圍I(T2-1O5Hz內(nèi)，測(cè)試樣品的阻抗譜。
[0057]用鉑漿將樣品的2個(gè)表面涂覆均勻，再粘上鉑絲后，在800°C下煅燒30min，即可得到薄膜電極，進(jìn)行總電導(dǎo)率的測(cè)量。
[0058]采用電子阻塞電極的方法測(cè)量離子電導(dǎo)率，YSZ是純氧離子導(dǎo)體，將YSZ作為電子阻塞電極的電解質(zhì)片，將燒結(jié)好的試樣片一面均勻涂滿(mǎn)鉑漿，粘貼在YSZ片上;將貼好的試樣-YSZ復(fù)合片放入管式爐中，在800 °C下煅燒30min，利用鉑漿將兩薄片連接在一起;再將燒好后樣品的邊緣用密封材料封蓋，將樣品的邊緣與空氣完全隔離，使兩薄片接界處的縫隙完全封閉；最后將試樣-YSZ復(fù)合片兩面均涂上鉑漿層，粘上鉑絲，在800°C燒結(jié)30min，即可得到待測(cè)試樣。
[0059]經(jīng)檢測(cè)，在100?900°C范圍內(nèi)，總電導(dǎo)率為0.06?0.0SS/cm—1之間，在600?900°C范圍內(nèi)，離子電導(dǎo)率為0.001?0.008S/cm—1之間。
[0060]實(shí)施例2:
[0061 ]鑭的摻雜濃度為30%，銦的摻雜濃度為6%:
[0062](I)首先根據(jù)SrQ.7LaQ.3Ti().94ln().()603中的化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取1.6g鈦酸四丁酯、0.24g氧化鑭和0.042g氧化銦；然后將鈦酸四丁酯溶于40mL異丙醇和1mL無(wú)水乙醇的混合溶劑中，攪拌至均勻后，將氧化鑭和氧化銦放入鈦酸四丁酯的混合溶液中，在600r/min速率磁力攪拌3h即可得到鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液。
[0063](2)根據(jù)SrQ.7LaQ.3Ti().94ln().()603中的化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取0.75g乙酸鍶，然后將乙酸鍶溶于3mL去離子水，攪拌至完全溶解形成鍶鹽溶液;將鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液和乙酸鍶溶液進(jìn)行混合，并在600r/min速率下磁力攪拌60min，陳化12小時(shí)后得到摻雜鑭和銦的鈦酸鎖溶膠。
[0064](3)將所得的摻雜鑭和銦的鈦酸鍶溶膠在50°C下烘干30h，去除有機(jī)溶劑后得到摻雜鑭和銦的鈦酸鍶凝膠。
[0065](4)將摻雜鑭和銦的鈦酸鍶干凝膠研磨成100目粉體后，在1100°C條件下恒溫焙燒Sh，隨爐冷卻后得到摻雜鑭、銦的鈦酸鍶粉體。
[0066](5)將摻雜鑭、銦的鈦酸鍶粉體在5MPa的壓力下進(jìn)行單軸加壓，壓制成片狀后，在1200°C條件下保溫6h，隨爐冷卻后得到鑭、銦共摻雜的鈦酸鍶混合導(dǎo)體材料。
[0067]步驟(2)中的乙酸鍶可用相同摩爾量的硝酸鍶、鈦酸鍶或鹽酸鍶替代。
[0068]采用實(shí)施例1中所述對(duì)得到的鑭、銦共摻雜的鈦酸鍶混合導(dǎo)體材料進(jìn)行電導(dǎo)率檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)，在100-900°C范圍內(nèi)，總電導(dǎo)率為0.03?0.0SS/cm—1之間，在600?900°C范圍內(nèi)，離子電導(dǎo)率為0.0012?0.01S/cm—1之間。
[0069]實(shí)施例3:
[0070]鑭的摻雜濃度為30%，銦的摻雜濃度為8%:
[0071](I)首先根據(jù)SrQ.7La0.3Ti().92In().()803中的化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取1.56g鈦酸四丁酯、0.24g氧化鑭和0.056g氧化銦；然后將鈦酸四丁酯溶于30mL異丙醇和1mL無(wú)水乙醇的混合溶劑中，攪拌至均勻后，將氧化鑭和氧化銦放入鈦酸四丁酯的混合溶液中，在600r/min速率磁力攪拌3h即可得到鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液。
[0072](2)首先根據(jù)SrQ.7LaQ.3Ti().92In().()803中的化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取0.75g乙酸鍶，然后將乙酸鍶溶于3mL去離子水，攪拌至完全溶解形成鍶鹽溶液;將鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液和乙酸鍶溶液進(jìn)行混合，并在600r/min速率下磁力攪拌30min，陳化24小時(shí)后得到摻雜鑭和銦的鈦酸鍶溶膠。
[0073](3)將所得的摻雜鑭和銦的鈦酸鍶溶膠70°C下烘干24h，去除有機(jī)溶劑后得到摻雜鑭和銦的鈦酸鍶凝膠。
[0074](4)將摻雜鑭和銦的鈦酸鍶干凝膠研磨成200目粉體后，在1000°C條件下恒溫焙燒9h，隨爐冷卻后得到摻雜鑭、銦的鈦酸鍶粉體。
[0075](5)將摻雜鑭、銦的鈦酸鍶粉體在1MPa的壓力下進(jìn)行單軸加壓，壓制成片狀后，在1300°C條件下保溫5h，隨爐冷卻后得到鑭、銦共摻雜的鈦酸鍶混合導(dǎo)體材料。
[0076]步驟(2)中的乙酸鍶可用相同摩爾量的硝酸鍶、鈦酸鍶或鹽酸鍶替代。
[0077]采用實(shí)施例1中所述對(duì)得到的鑭、銦共摻雜的鈦酸鍶混合導(dǎo)體材料進(jìn)行電導(dǎo)率檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)，在100-900°C范圍內(nèi)，總電導(dǎo)率為0.03?0.0SS/cm—1之間，在600?900°C范圍內(nèi)，離子電導(dǎo)率為0.0014?0.012S/cm—1之間。
[0078]實(shí)施例4:
[0079]鑭的摻雜濃度為30%，銦的摻雜濃度為6%:
[0080](I)首先根據(jù)SrQ.7LaQ.3Ti().94ln().()603中的化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取1.6g鈦酸四丁酯、0.24g氧化鑭和0.042g氧化銦；然后將鈦酸四丁酯溶于50mL異丙醇和1mL無(wú)水乙醇的混合溶劑中，攪拌至均勻后，將氧化鑭和氧化銦放入鈦酸四丁酯的混合溶液中，在600r/min速率磁力攪拌3h即可得到鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液。
[0081 ] (2)根據(jù)SrQ.7LaQ.3Ti().94ln().()603中的化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取0.75g乙酸鍶，然后將乙酸鍶溶于3mL去離子水，攪拌至完全溶解形成鍶鹽溶液;將鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液和乙酸鍶溶液進(jìn)行混合，并在600r/min速率下磁力攪拌60min，陳化12小時(shí)后得到摻雜鑭和銦的鈦酸鎖溶膠。
[0082](3)將所得的摻雜鑭和銦的鈦酸鍶溶膠在50°C下烘干36h，去除有機(jī)溶劑后得到摻雜鑭和銦的鈦酸鍶凝膠。
[0083](4)將摻雜鑭和銦的鈦酸鍶干凝膠研磨成150目粉體后，在1100°C條件下恒溫焙燒Sh，隨爐冷卻后得到摻雜鑭、銦的鈦酸鍶粉體。
[0084](5)將摻雜鑭、銦的鈦酸鍶粉體在5MPa的壓力下進(jìn)行單軸加壓，壓制成片狀后，在1400°C條件下保溫4h，隨爐冷卻后得到鑭、銦共摻雜的鈦酸鍶混合導(dǎo)體材料。
[0085]步驟(2)中的乙酸鍶可用相同摩爾量的硝酸鍶、鈦酸鍶或鹽酸鍶替代。
[0086]采用實(shí)施例1中所述對(duì)得到的鑭、銦共摻雜的鈦酸鍶混合導(dǎo)體材料進(jìn)行電導(dǎo)率檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)，在100-900°C范圍內(nèi)，總電導(dǎo)率為0.036?0.06S/cm—1之間，在600?900°C范圍內(nèi)，離子電導(dǎo)率為0.002?0.0143/011—1之間。
[0087]實(shí)施例5:
[0088]鑭的摻雜濃度為20%，銦的摻雜濃度為8%:
[0089](I)首先根據(jù)Sr0.sLa0.moiIn0.0sOs中的化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取1.56g鈦酸四丁酯、0.16g氧化鑭和0.056g氧化銦；然后將鈦酸四丁酯溶于40mL異丙醇和1mL無(wú)水乙醇的混合溶劑中，攪拌至均勻后，將氧化鑭和氧化銦放入鈦酸四丁酯的混合溶液中，在600r/min速率磁力攪拌3h即可得到鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液。
[0090](2)根據(jù)Sr0.sLa0.mojIn0.0sOs中的化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取0.86g乙酸鍶，然后將乙酸鍶溶于5mL去離子水，攪拌至完全溶解形成鍶鹽溶液;將鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液和乙酸鍶溶液進(jìn)行混合，并在600r/min速率下磁力攪拌30min，陳化24小時(shí)后得到摻雜鑭和銦的鈦酸鎖溶膠。
[0091](3)將所得的摻雜鑭和銦的鈦酸鍶溶膠50°C下烘干36h，去除有機(jī)溶劑后得到摻雜鑭和銦的鈦酸鍶凝膠。
[0092](4)將摻雜鑭和銦的鈦酸鍶干凝膠研磨成200目粉體后，在900°C條件下恒溫焙燒1h，隨爐冷卻后得到摻雜鑭、銦的鈦酸鍶粉體。
[0093](5)將摻雜鑭、銦的鈦酸鍶粉體在5MPa的壓力下進(jìn)行單軸加壓，壓制成片狀后，在1500°C條件下保溫3h，隨爐冷卻后得到鑭銦共摻雜鈦酸鍶混合導(dǎo)體材料。
[0094]步驟(2)中的乙酸鍶可用相同摩爾量的硝酸鍶、鈦酸鍶或鹽酸鍶替代。
[0095]采用實(shí)施例1中所述對(duì)得到的鑭、銦共摻雜的鈦酸鍶混合導(dǎo)體材料進(jìn)行電導(dǎo)率檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)，在100-900°C范圍內(nèi)，總電導(dǎo)率為0.032?0.0523/011—1之間，在600?900°(:范圍內(nèi)，離子電導(dǎo)率為0.0016?0.0123/011—1之間。
[0096]分別用Rigaku D/max-A型X射線(xiàn)衍射(XRD)儀和Quanta FEG 650型電子掃描電鏡(SEM)對(duì)實(shí)施例1?5制備得到的銦共摻雜鈦酸鍶混合導(dǎo)體材料進(jìn)行相結(jié)構(gòu)及微觀(guān)形貌檢測(cè)。
[0097]實(shí)施例1?3制備得到的銦共摻雜鈦酸鍶混合導(dǎo)體材料的XRD圖譜如圖1所示，其中
(I)、(2)、(3)分別為實(shí)施例1、2、3的XRD圖譜，結(jié)果表明:銦的摻雜濃度為4%的鑭，銦共摻雜鈦酸鍶混合導(dǎo)體材料為單一立方相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，衍射峰清晰面分立，無(wú)任何雜峰，表明摻雜的銦離子進(jìn)入鈦酸鍶晶格，形成固溶體;銦的摻雜濃度分別為6%，8%的衍射圖譜也對(duì)應(yīng)立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，衍射峰清晰，衍射峰發(fā)生微小的偏移。
[0098]實(shí)施例4和5制備得到的銦共摻雜鈦酸鍶混合導(dǎo)體材料的XRD圖譜如圖2所示，其中
(4)、(5)分別為實(shí)施例4、5的XRD圖譜，均保持了單一立方相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，衍射峰清晰。
[0099]實(shí)施例1?5制備得到的銦共摻雜鈦酸鍶混合導(dǎo)體材料的微觀(guān)形貌圖分別如圖3?7所示，結(jié)果表明:所有的試樣燒結(jié)密度都在90 %以上。
[0100]由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明提供的材料具有單一立方相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性好，電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)性能優(yōu)異，在100-900°C范圍內(nèi)，總電導(dǎo)率為0.03-0.0SS/cm—1之間，在600-900°C范圍內(nèi)，離子電導(dǎo)率為0.001-0.014S/cm—1之間。
[0101]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料，化學(xué)通式如式I所示: Sn-xLaxTi1-yIny03 式I; 其中，0.Kx<0.4，0.03<y<0.1。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，所述式1中0.2^^<0.3，0.04^^<0.08。3.—種權(quán)利要求1或2所述鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料的制備方法，包括以下步驟: (1)將鈦酸四丁酯、氧化鑭、氧化銦與異丙醇和無(wú)水乙醇混合，得到鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液； (2)將所述步驟(I)得到的鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無(wú)水混合前驅(qū)液與鍶鹽溶液混合后陳化，得到鑭和銦共摻雜的鈦酸鍶溶膠； (3)去除所述步驟(2)得到的溶膠中的溶劑，得到鑭和銦共摻雜的鈦酸鍶凝膠； (4)將所述步驟(3)得到的鑭和銦共摻雜的鈦酸鍶凝膠焙燒，得到鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中異丙醇和無(wú)水乙醇的體積比為3?5:1。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中鍶鹽溶液中的溶劑為無(wú)水乙醇或水。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述鍶鹽為硝酸鍶、鹽酸鍶、碳酸鍶和乙酸鍶中的一種或幾種。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中混合在攪拌條件下進(jìn)行，所述攪拌時(shí)間為30?60min。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中陳化時(shí)間為12?24h。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中去除溶劑的方式為烘干，所述烘干的溫度為50?80 °C。10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中焙燒的溫度為900?IlOO0C，焙燒的時(shí)間為8?10h。
【文檔編號(hào)】H01B1/16GK105976892SQ201610162265
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年3月22日
【發(fā)明人】單科, 易中周, 殷錫濤, 劉衛(wèi)
【申請(qǐng)人】紅河學(xué)院