Nasicon材料的制备及气敏特性研究.pdf

文章绩毒 l O O i 一9 7 3 l 强0 0 0 j 0 40 3 8 8 0 2 N a s i c o n 材料的制备及气敏特性研究 戚垒清 邱法斌 全宝富 孙良彦 徐宗疏 吉林大学电子工程系 吉林长春1 3 0 0 2 3 箍姜 采 l l 高温霹橱烧结方法 审l 每了N a s 泌o n 霹体电膏F 蓑 薅葑 并联l 歉 x R D 等手段蹿材幸 韩蛆建和酶鞠她鹌连静了 表錾 囊豺静电阻率琏温度变犯穗裁试结慕基硪上 进一步攫 所夸矗砖h b s c n 材寿 诈离子导体 B 8 0 晦一L 如C 如茇告盐作 敏感电镀材特制成c z 传感嚣 考察了材料的气敏性能 结果 表明材料对c 0 冉有盘好的气载特性厦抗水蒸汽干托性能 美键词 N a s i c o n 快离子导体 高温固相法 e O 传感器 中囤分类号 T B 3 8 l文献标识码 A l 号I西 N a s i c o n N 矗S u p e r i o n i ec o n d u e t r 是 种彝蠢嶷好离子电 导率的露体戆勰骥 它蛑缝痰通式鸯N 8 m z 轻瓯魏一 0 拄口在 我系统孛羚z i 8 2 2 鸯荤豁荤褥 其余誊势三方缝稳粥 实 验孛重点考察了z 2 黠材料豹蒋睦 利用蠲体电解质制柞c 如传感器 蓄先怒出G a u t h j e r 1 9 7 7 年提出的 他当时采用的固体电解磺魁K c O 材料 据文献报导1 N a s i c o n 材料对c 0 2 气体具有良好的敏感性及 选择性 N a s i nC J 传感器可看作如下的化学电池c 4 c 0 2 空气 A ul 碳酸盐 lN a s i c o nP t C 0 0 十空气 敏感电极 接触电檄 在两极处发烧的反应可以写戚 1 L c 3 嚣鑫G O 一2 L r B a 胂 e O 毒0 2 2 f 敏感毫毂 2 N 矿 X 2 e 一一N 8 z o N a s i c o n 中 接融电扳 o 根据能斯特方禚 当两电极表面的氧分压相等时 袋摘出电势为 F 哥 a R 丁 2 F 1 n P 其中岛描翳s 一蝙c 角标s 和c 分别代表敏感电极和接触电 极 采用鲰C 魄一L 珏c X 复合碳酸盐作敏感电投材料 使元件 的响应特性及抗承蒸汽干扰性能得到明显改善 从而在寒用化 程囊上取得了避蕊 2 实黢 2 1 材料裔成 本义采用高温固相反应法制各 i n 材料 舆体过程如下 将N a a p z r s i O S 曲 均为分析纯 接一定薏己比充分研 磨5 h 之借将研磨好的原材料置于石英舟中 艘 瞥式电阻炉 内 缓慢舞溢嚣8 0 0 井在1 1 0 0 恒温1 0 h 热嚣8 然降温蓟 室温 最矗将筑舞撼嫠乾裁痿抟N a s 沁n 获垆串取穗 霹褰盛 羚 薮A 手爨塔孛箦焉 z 2 器译制傩 1 将绕黼戚溅酌铂丝埋AN a s i c o n 粉料中 然后加压 1 0 M P a 制戒s m m 2 m m 0 5 m m 的坯片 再崧1 1 0 0 热处 理5h 自然砖却溅室温 作为敏感基体 见图 a 清洗后备 用 2 将B a C 一L b c 饶复合盐用熔融淬玲法结晶在敏感体 一端 同时将盘嘲擞寝碳酸盐上作为电极 其结构见圈l b 左 侧 3 在敏藏体瓣舞一端 用蘸铂酸潦裁法剿作髓攫 丽黠蒋 铂霹安置在档藩土裕鸯接瓣龟摄 觅墅i b 右弱 篷l 持感器菇转及蒯试电路示意嚣 F i glS c h e m a t 泌d m g r a mo f5 e n s o rs t r u c t u r ea n de x p e r i m e n t a l c i r c u i t 2 3 材料表糕 1 用K B r 压片法在美国N i c o l e t 公司5 D x 戳F T I R 光谱 分析仪上记录烧站前后N a s i c o n 样品的红外光谱 测缀渡数为 4 0 0 1 4 0 0 c m 一 2 在常涤下 聚藤D m a x r A 型B 本理学转鳃X 光错射 分辑坟 e n 靶 燃1 s 4 酾 i 0 一o m 对样品爨援进簿分辑 舞 援速率 4 d 遍 热 n 3 称取垂o o m gN a s i n 耪辩 用天津市辩学器材公司辞 器试验厂生产的7 6 9 Y P 一1 5 型粉束式样压片帆聪戚矗径为 l O m T n 厚l m m 的蹦片 在圆片两侧面豫上金电授艘目f 线 然后 8 0 0 烧结1 5 m i n 用上海仪器仪表研究所生产的z L s 钾能L c R 测量仪铡其电照帛 基金束赫 九摄 国家科技攻关蠹助项目 国家自然科学蕻金资助项且 6 9 7 7 4 0 2 7 收稿日期 t 9 9 9 一0 5 1 7 3 8 8 棼嚣材辩 2 0 袖t 3 l 4 万方数据 3 结果与讨论 3 1l R 分耩 扶疆2 孛霹以囊裂 在s O o 6 e m 叫之麓有一缝孛强熬驳 收带 这归属于S i Q 的弯曲振动 9 0 0 1 2 0 0 c m 之阉的强吸 收带是p O 的律绩振动 这秘文献撮导是一致的 5 6 随繁z 值的减小 农1 0 l Oc m 处的吸收谱逐渐减弱 9 0 0 蹦叫处的吸 收谱逐渐增强 而l l o oc m 1 附近的吸收谱基本没有变化 这 表明产物中N a 离子的含量减少了 并蠢在产物结构中形成了 多种不尚键强的P o 四简体 3 另外 从样品的红外谱圈中还 胃浚器羽 它儒都表现努较簿萃赫红终唆牧 雨本象其它多聚磷 羧盐艨裘瑷戆复杂熬 芏终吸收谱蚕 放露说疆产凌舆凑毖较鳃 戆耪摆缀成啪 滚数妒姻瓣一 豳2N 攫s i c o n 材料的红外光谱 F i g2I Rs p e c t r ao fN a s i c o n 3 2X R D 分耩 袄黼3 箍示的N a s i c o n 耱料的X R D 谱瑟上胃驻肴掰 当烧 结瀑凌农l O O o 泼下器重 在2 7 2 8 4 之瓣的特缓峰袭瑷势曼方 结构的0 2 4 单蜂 嚣烧续湿袋褒l l o o 时该单峰发生劈裂 变 成单辩绥构黪4 2 2 2 特餐峰i l l o o 时 3 扩附近懿单瓣续搀 的1 3 0 特征峰较1 0 0 0 以下肘明显加强 这些变化说明 1 1 0 0 热处理后N a s i c o n 材料的结构为单斜结构 并腔通式的工 值荛2 另外 它与文献报导的掰其它方法耩备盼N a s i c o n 的谱 图相阊 这寝明我们所制备的N a 8 i c o n 化含物没有杂晶襁存 在 壤没有葭应剩余盼Z r 存在翻 3 3 拳 糕耄疆攀 耱辩毫疆率璇瀑凌变纯瓣愤况翔图莲群示 在2 s o 叛下 时 豺料豹惑阻率嚣磐蹇 当湿发爨蹇到3 0 0 左右对 材料的 电阻率遇速下降 这是因为 N 魏s i c o n 化食物的结构是由z r 瓯 八西俸与P 酝或S i 瓴朗面俸共同形成的骨架攀构 八灏体与 四面体构成骨架后 形成三维的骨架间隙 这些间隙构成通道 N a 离予位于骨架的间隙之间 能够沿着这些间隙所构成的三 维通道备向同往缝传导 当溢菠在2 5 0 淡下时 N a 离予的 能薰不怒以克服势垒的阻碍 这时N a 离子的迁移速率侵 材 辩静电黻率蒋素离 当温度舞潜弼3 0 0 左右时 N a 兵裔较 蹇懿离予传导效率 迂移速率明显热快 枣 辩蠹孽毫蔽率送邃下 凌舷耱辩 2 0 0 0 3 l 4 降 2 口 嚣3 琴翔滠发热处理弦N 8 s i c o n 抟辩的x 射线搀射谱 F 遍3X r a yd i f f r a c t i o ns p e c t r ao fN a s i c o n8 i n t e 托da td i f f e r e n t t e 黼p e r 8 t u r e s 嚣4N a s 渤矬越耱魏瞧骧搴毒漫发鲢关暴 F i g4T h er e 薹a 豳no fr e s i 畦v i t yo fN 鑫s i c o na 瓣t e m p e r a t u 舱 3 4 敏藏特性 用翳1 b 所示的测试电路 在不同浓度的c o 中测试元件 的电势蒺 褥劐的灵敏魔曲线在毕对效坐标系上具有良好的线 往美系 翔黼5 8 茎 誉 空气掇燃瞅 瞄 圈5元僻对C X 的灵敏度及受空气湿度的影响 K gSS e n s i t i v i t 强3t oC Xg y 1 0 x 0 2的起始组成范围内存在空间群属于A 6 的固熔体导电相 该相具有较好的离子电导率和较低的离子导电活化能 其中起始组成 y 0 5 x 0 6的合成物 即Na2 7Al0 6Eu0 5Ti0 9Si0 6P2 4 O12具有较高的电导率 在400 时 其电导率达到6 482mS cm 离子导电活化能为67 999kJ mol 8 学位论文 李端阳 某些NASICON型和矿物快离子导体的研究 1990 9 期刊论文 程麟 殷志峰 凌志达 CHENG Lin YIN Zhi feng LING Zhi da Nasicon系陶瓷湿敏材料和湿度传感器的研究 硅酸盐通报2007 26 1 根据Nasicon相 Na3Zr2Si2PO12 具有低湿阻的特点 高温合成 Nasicon相 Na3 xZr2Si2 xP1 xO12 0 x 2 添加适量成孔剂和少量金属氧化物制成 Nasicon4 1和Nasicon4 3两组陶瓷湿敏材料和湿度传感器 用直流电导法判定导电机制是以离子电导为主的离子 电子混合电导 用压汞法和SEM研究了湿敏材料的 孔结构 两组湿度传感器的湿阻特性均为线性 Nasicon4 1传感器具有小的低湿度电阻 而Nasicon4 3具有高的感湿灵敏度 10 期刊论文 许敏 索进平 XU Min SUO Jinping 用改进溶胶 凝胶法制备固体电解质材料 硅酸盐学报2007 35 3 用硅溶胶和聚乙烯醇缩聚反应生成的溶胶 凝胶制备了固体电解质钠快离子导体 natrium super ionic conductor Nasicon 用热重一差热 X射线衍射 透 射电镜等现代分析方法表征锻烧温度为800 1000 锻烧时间为2 8h Nasicon粉体的相结构和形貌 与传统的由正硅酸乙酯水解 缩聚反应生成的溶胶 凝胶制 得的Nasicon粉体的对比 发现 用硅溶胶和聚乙烯醇反应制得的Nasicon粉体相的纯度更高 粉体颗粒粒径在80 100nm 并且颗粒分散均匀 大致成球形 为今后制 备性能良好的传感器创造了条件 引证文献 5条 引证文献 5条 1 程麟