特性和离子电导率研究纳米二氧化硅分散x NaNO3 - (1 - x)老(3号)2混合系统

文摘

直流离子电导率的变化与温度和摩尔百分数分散混合离子导体的钠和锶硝酸盐。宿主材料,混合系统NaNO3和Sr(3号)2单晶生长技术的解决方案。不同成分的粉末混合系统的准备,然后用二氧化硅分散(10 nm)在一个特定的摩尔百分数。丸是在压力约为5吨/平方米。和烧结在250 oc 20小时。分散系统的室温x射线衍射模式的共存三个阶段。分散系统的傅里叶变换红外光谱的波数范围从400到4000 cm - 1显示三个阶段的存在,也证实了咸宁‰E‰带的存在。分散系统的增强已观察到电导增加摩尔百分数(m / o)和一个阈值在20.55米/ o摩尔百分数增加进一步增强开始下降。最大的提高为20.55 m / o被观察到两个数量级以上对混合系统在非本征导电区域。电导率的提高这些系统使用麦尔的空间电荷模型解释。 The enhancement of conductivity in the dispersed systems is mainly attributed to the increased concentration defects in the space charge layer formed between the host material and the dispersoid. Further, the fall in conductivity may be due to the fall of total effective surface area of contact between the host and dispersoid materials

关键字

分散的固体电解质,超离子导体,提高离子电导率。

介绍

近年来有很多兴趣材料显示在环境温度较高的离子电导率,因为他们的潜在应用等各种电化学设备,固态电池、传感器、燃料电池等(1]。存在许多固体高离子电导率(4 >打败S / m)和微不足道的电子导电率(< 10^-12年S / m)称为快离子导体。超离子导体的最重要的应用之一是,作为电池电解质,因此,通常也称为固体电解质。有很多优势在电化学设备使用固体电解质的液体电解质即:长寿,能量密度高,紧凑的动力电池应用于心脏起搏器和移动电话和笔记本电脑和不可能的泄漏电流等各种固体离子电导率高,如Ag3SI和RbAg4I5被发现在1960年代(2,3]。β-alumina的发现,一个优秀的固态电解质在1967年由姚明和Kummer领军成功地用于电池提高框架结构的研究(4]。合成和表征研究锂离子导体的动机是李的离子半径小⁺,低重量,易于处理和潜在使用高能蓄电池(5,6,7,8]。尽管上面的水晶,但在自然界中许多的超离子导体固体玻璃(9,10,11)以及基于聚合物(12,13,14,15)以及分散的固体电解质(16,17,18,19也被广泛的研究。第二相粒子的分散到主机离子材料之一几种方法来提高固体电解质的离子电导率。在目前的研究中我们选择了一个特定的组成的混合系统,在最大电导率是记录在所有,作为一个主持人SiO离子固体₂用作分散粒子和第二阶段提出的电导率随温度变化的结果和弥散相的摩尔百分数SiO吗₂。

实验

宿主材料、纳米(85.32)₃- (14.68)Sr(没有₃)₂单晶,增加了解决方案技术使用analar年级BDH化学品纯度为99.5。粉末混合系统是由磨削单晶几个小时获得细粉和渗No.300网格,然后用SiO分散₂(10 nm)在7.94、14.71、20.55、25.64和30.12摩尔百分比通过混合机械在丙酮的存在,直到获得均匀的粉末。这些粉末是由颗粒通过应用压力约为5吨/平方米。和烧结在250 oc 20小时。这些小球的顺利和应用银漆上平的脸,这是安装电极之间的导电性研究样品持有人。小1 v的直流电压应用示例和当前被安捷伦静电计记录。少量的接地粉是用于x射线衍射和红外光谱分析。

结果和讨论

x射线衍射(XRD)

图1XRD显示模式,纯混合系统(NaNO₃)(1 - x) (Sr(没有₃)₂]_xx = 14.68, SiO₂并与不同摩尔百分数的SiO分散₂系统,记录在室温下通过使用Regaku miniflex衍射仪。从图中观察到的是,纯混合系统具有明显的峰值,表明它是水晶体和XRD的纯SiO模式₂显示广泛的著名山峰和强烈的背景图案表明SiO的大小₂粒子在纳米的顺序。可以看到从图1,x射线衍射峰复合系统转移到低衍射角度和成为更广泛的关于纯混合系统。这表明离子盐的平均微晶尺寸减小由于离子盐的传播沿大表面的分散体。没有注意到额外的峰值分散模式的作品意味着化学反应或固溶体的形成之间的主材料和分散体SiO₂。也表明母公司化合物的阶段单独存在,即样品保持在纳米多相混合物₃,Sr(不₃)₂和SiO₂(20.,21,23]。

傅里叶变换红外光谱(FTIR)

图2显示的红外光谱光谱纯混合系统、SiO₂和分散系统的不同的SiO m / o₂在波数范围从400到4000厘米¹。可以从图中观察到的,尖锐的峰值为735厘米¹,835厘米¹和1385厘米¹在纯混合系统。观察到的顶点在835厘米¹是由于振动N的没有₃飞机在1385厘米和最强的吸收¹由于不对称不₃拉伸,证实硝酸盐的存在(24]。观察到的弱吸收735厘米¹给出了双生成O-N-O弯曲(25]。在纯SiO₂在468厘米范围广泛的吸收带¹,800厘米¹和1101厘米¹由于不对称伸缩振动,对称伸缩振动和弯曲振动Si-O-Si债券。一个广泛的吸收带约3420厘米¹指定的地震动吸收H₂O (26]。红外光谱显示尽可能多的羟基现有nano-SiO₂粒子。其他的乐队对应纯纳米的存在₃,Sr(不₃)₂和SiO₂分散混合系统中显示三个阶段独立的存在。

差示扫描量热法(DSC)

DSC曲线的纯混合系统和分散系统不同的SiO m / o₂系统所示图3。纯混合系统展示一个吸热峰由于只有纯纳米过渡₃在272°C和另一个高峰在299°C属于纯混合系统的熔点(27]。从DSC曲线,观察SiO₂内容似乎没有受到影响的转变温度,但略有失真峰向低温端。观察到的驼峰是类似于铯的情况下,铷和硝酸钠系统。这可能是由于形成的非晶相在空间电荷层,预计形成基质材料和分散体粒子。

离子电导率

图4显示了直流离子电导率的变化从双探针获得直流技术,与温度倒数复合系统的转变温度在室温和近主材料为纯混合和分散不同的SiO摩尔百分比₂系统。所有的样品的电导率,通常注意到随着温度增加。从图我们可以看到,有一个逐步增强导电性SiO 20.55米/ o₂随后有增强的25.64和30.12摩尔百分比外在地区的电导率对纯粹的混合系统。最大增强导电性是注意到近两个数量级对纯粹的外在地区的混合系统。

直流离子电导率的变化与m / o SiO₂阴谋在不同的温度下所示图5。在SiO电导率的提高₂分散复合固态电解质系统观察与摩尔百分数增加(m / o)和达到最大20.55米/ o,从增强开始下降进一步增加在m / o最后达到一个最小值为30.12。

增强缺陷浓度在空间电荷层之间形成分散体的基质材料和导电性增强的主要原因。根据迈尔的空间电荷模型复合固态电解质是富含缺陷界面的主机和分散体由于表面复合的阶段之间的相互作用28,29日]。两个阶段之间的界面相互作用可以表示为基质材料的化学吸附在分散体(SiO(离子盐)₂)表面。绝缘氧化物粒子可以关联到不同的羟基(OH^{- - - - - -})出现在他们的表面。这些羟基吸引正离子空间电荷区域结果,离子物质丰富的地下区域阳离子空缺,它描述地下无序化即增强缺陷浓度的电导率提高(29日]。秋天的增强导电性达到最大值后可以被理解为解释如下。最初,低m / o的分散体,主机矩阵之间的联系的总表面积和分散体粒子很小。雷竞技网页版随着m / o的增加,总接触的表面积增加导致的增加电导率的提高。雷竞技网页版米/ o (SiO水平进一步提高₂围绕主材料是不够的,单独分散体粒子。这将导致粒子的分散体的聚集导致的总有效表面接触面积(雷竞技网页版30.,31日]。

结论

分散系统的增强已观察到电导增加摩尔百分数(m / o)和一个阈值在20.55米/ o摩尔百分数增加进一步增强开始下降。最大的提高为20.55 m / o是观察近两个数量级对纯混合系统在非本征导电区域。电导率的提高这些系统通过使用麦尔的空间电荷模型解释。电导率在分散系统的增强主要归因于缺陷浓度增加主机之间形成的空间电荷层材料和分散体。此外,电导率的下降可能是由于总有效的接触表面积的下降。雷竞技网页版分散系统的室温x射线衍射模式的共存三个阶段。没有注意到额外的峰值分散模式的作品意味着没有化学反应或形成固溶体在基质材料和分散体SiO₂。分散系统的傅里叶变换红外光谱的波数范围从400到4000厘米¹显示三个阶段的存在,也证实了的存在哦^{- - - - - - - - - - - -}乐队。乐队观察到835厘米¹是由于振动N的没有₃飞机在1385厘米和最强的吸收¹由于不对称不₃拉伸,证实了硝酸盐的存在。观察到的弱吸收735厘米¹给出了双生成O-N-O弯曲。DSC曲线的纯混合系统和分散系统不同的SiO m / o₂系统表现出一个吸热峰由于只有纯纳米过渡₃在272°C和另一个高峰在299°C属于纯粹的熔点混合系统。从DSC曲线,观察SiO₂内容似乎没有过渡和熔化温度的影响。

确认

作者想感谢,物理系,海德拉巴Osmania大学扩展实验设施。

引用

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