硅酸盐氧基磷灰石的合成及导电性能的研究

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1、硅酸盐氧基磷灰石的合成及导电性能的研究摘要本文研究了氧基磷灰石(OA)的制备方法、晶体结构特点、氧离子导电机理，考察了组成、结构与氧离子传导性能之间的关系。实验采用溶胶凝胶法合成了化学计量A：L如(siO。)。O。(A=ca、sr和Ba)：氧离子缺陷Ca：+。Lah(siO。)。OⅢ州阳离子空位Ca挑L籼恤(SiO。)。吼和ca}hLa，也(SjO。)。O∽：过量氧Ca；La。一。(Si0。)。Oh／2、La。一，(siO；)。O¨。nCa山a啪H“。(Si0。)。、O¨和ALa。(Si0。)“Oz；(A=Ca、Sr弃ⅡBa)；硅掺杂La。(Si0．

2、)。一，(VO。)。O，州¨，、La。(Si04)。(AlO。)。O。。。和La。(Si0；)。(Ga吼)，魄。。，等11个系列的硅酸盐氧基磷灰石，制备方法的特点为反应温度低，高温焙烧时间短，获得的样品电导率高。经x射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、拉曼光谱(R)、热分析(TG—DTA)和扫描电镜(sEM)等手段表征，证明所得样品为磷灰石相。所合成的硅酸盐氧基磷灰石属于六方晶系，除了硅掺杂OA的空间群为P6；外，其余样品的空间群为P6。／m。离子半径越大，O’的数量越多，晶胞就越大。以群论和相关法确定了Ca山a。(Si0。)。O：的126个振动模

3、式，即12爿^T+g』。，9毋}12显，8压，13厨。+13丘，8磊。其中红外活性的为8办}12厶“拉曼活性的为12，铲8最，13扇，。电化学阻抗谱(EIS)研究表明，硅酸盐氧基磷灰石的阻抗谱均符合Kramers—Kronig转换，在不同的温度下所有样品的阻抗谱呈现晶粒、晶界或电极圆弧。所有样品电导率与温度的关系基本符台Al-rhenius关系式，部分样品在高温区曲线稍微向下弯曲。化学计量和氧离子缺陷磷灰石遵循直线传导的自由氧空位机理，其特征是电导率小，活化能大。阳离子缺陷、过量氧和硅酸盐掺杂等磷灰石遵循曲线传导的间隙氧导电机理，其特征是电导率大，活

4、化能小。间隙氧和阳离子空位数越多，晶胞越大，电导率就越大，活化能就越低。离子迁移数和氧分压对电导率的研究表明，除了钒掺杂硅酸盐氧基磷灰石有少量的电子导电外，其它所研究的硅酸盐氧基磷灰石的电荷载体均是02。离子。陶瓷的致密度越高，电导率越大。影响硅酸盐氧基磷灰石电导哈尔溟工程大学博士学位论文率的因素主要有硅酸盐的掺杂、间隙氧的数量、阳离子空位的数量和原子半径的大小等。所研究的氧基磷灰石中La。。(si吼)。(GaO。)0。二的电导率最大，700℃时为4．66×1旷2scm～，这类材料的研究方向应该为有间隙氧、阳离子空位和进行Si掺杂的La”一。(siO

5、。)。。(TO。)。O哪(T=Ga、Al和v等)型磷灰石。关键词：硅酸盐氧基磷灰石；合成：离子导体；间隙氧传导；电化学阻抗谱(EIS)譬鍪兰墨茎垡垄立色盒垡墨三主兰鐾生竺}茎AbstractThesynmesismemod，s虹llcturea11dconductionmechanismofoxyapatnetypeoxygenionconductillgmaterialswerestudiedinthethesis．Therelationofthecomposmon，咖lctureaI】dconductionofoxy印atiteswereinVe

6、stigated．11typesofthesilicateoXy印atites、ⅣeIesyntllesizedsuccessfullyV抽asol·gelme也od．Theseoxyapatitesinclude：thestoichiometricA2La8(si04)602(A=ca，sr，Ba)，t11eoxygen—deficientCa2+xLa8．x(Si04)602．o5x，thecationVacanciesCa2—3xLa8+2x(Si04)602alldCa3．3xLa7+2x(Si04)6OI5，tlleoxygen—exces

7、sCaxLalo．x(Si04)603．玑，Lalo_x(Si04)603．1．5x，CaxLa967-2舶(Si04)6025andALa9(si04)6025(A=ca，Sr，Ba)，Ⅱ1eSi—dopedLa9(si04)6．x(V04)xO15+o5x，Lalo(Si04)6-x(A104)x03_05xandLalo(Si04)6．x(Ga04)x03．o5”comparingwi曲thes01idstatesyllthesis，thesol·gelsynthesishasthcadvantagesoflowtemperanlresaIld

8、shorttime．Inad成tion，theresultingproductshavehi曲conduct