[發(fā)明專利]一種鑭銦共摻雜鈦酸鍶導(dǎo)體材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610162265.0
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105976892B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 單科;易中周;殷錫濤;劉衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 紅河學(xué)院
• 主分類號: H01B1/16
• 分類號: H01B1/16;H01B13/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所11569
• 代理人: 李娜

技術(shù)領(lǐng)域

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)

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，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。

為了進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，仍然能夠保持鈦酸鍶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。目前，主要通過對A位和B位的單摻雜，也就是分別摻雜鈦酸鍶的Sr位和Ti位來調(diào)整鈦酸鍶的導(dǎo)電性能。單獨摻雜鈦酸鍶的A位(Sr位)為施主摻雜，產(chǎn)生電子，促進材料的電子電導(dǎo)率，單獨摻雜鈦酸鍶的B位(Ti位)為受主摻雜，產(chǎn)生氧離子空位，促進材料的離子電導(dǎo)。

但A位或B位單摻雜的鈦酸鍶并不能夠同時提高材料的電子導(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)問題。

發(fā)明內(nèi)容

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。

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：

Sr_1-xLa_xTi_1-yIn_yO₃式I；

其中，0.1≤x≤0.4，0.03≤y≤0.1。

優(yōu)選的，所述式I中0.2≤x≤0.3，0.04≤y≤0.08。

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：

(1)將鈦酸四丁酯、氧化鑭、氧化銦與異丙醇和無水乙醇混合，得到鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無水混合前驅(qū)液；

(2)將所述步驟(1)得到的鈦酸四丁酯、氧化鑭和氧化銦的無水混合前驅(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。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中異丙醇和無水乙醇的體積比為3～5∶1。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中鍶鹽溶液中的溶劑為無水乙醇或水。

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。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中混合在攪拌條件下進行，所述攪拌時間為30～60min。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中陳化時間為12～24h。

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℃。

優(yōu)選的，所述步驟(4)中焙燒的溫度為900～1100℃，焙燒的時間為8～10h。

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：Sr_1-xLa_xTi_1-yIn_yO₃式I；其中，0.1≤x≤0.4，0.03≤y≤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)明通過鑭銦共摻雜，形成電子-離子混合導(dǎo)電機制，同時控制鑭和銦的摻雜量，使鑭的A位摻雜不僅促進材料的電子電導(dǎo)，也能促進材料的離子電導(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，能夠滿足燃料電池陽極材料，透氧膜，汽車尾氣傳感器等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用需要。實驗結(jié)果表明，在100-900℃范圍內(nèi)，總電導(dǎo)率為0.06-0.08S/cm^-1之間，在600-900℃范圍內(nèi)，離子電導(dǎo)率為0.002-0.014S/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)性能的簡單疊加。