本文關(guān)鍵詞：基于粉體燃燒凝膠合成LSMO可變發(fā)射率材料結(jié)構(gòu)及性能

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【摘要】：熱控制裝置是衛(wèi)星上的重要組成部分之一,其用來(lái)維持衛(wèi)星溫度在合理的范圍內(nèi),保證其內(nèi)部電子器件的正常工作。為了滿足這個(gè)特殊的要求,研究者在開發(fā)不同的熱控制系統(tǒng)做了很多研究,其中最流行的是熱百葉窗。盡管熱百葉的有效發(fā)射率變化范圍很高,它的主要問(wèn)題是質(zhì)量高,高功率消耗和高生產(chǎn)成本。為了克服這些障礙,有必要開發(fā)出更輕,更少能量消耗和更低成本的設(shè)備。在近二十年的報(bào)道中,鈣鈦礦型的錳氧化物L(fēng)a1-xAx Mn O3(A=Sr,Ca,Ba等)材料系統(tǒng)由于其特殊的輻射性能,具有很大的潛力成為新一代熱控制裝置。通過(guò)適當(dāng)?shù)膿诫s,該材料表現(xiàn)出在低溫下具有低的熱輻射性能,而在較高溫度下可以觀察到高的熱輻射性能。這意味著該材料可以在沒(méi)有外源的情況下,自動(dòng)地通過(guò)本身性能來(lái)調(diào)節(jié)熱量釋放。其中前述組合物中,錳酸鑭摻雜鍶由于其顯著的組織結(jié)構(gòu),電性能,磁性能及光學(xué)性能引起人們的極大興趣。這種材料已經(jīng)通過(guò)不同的制備方法制備,并獲得以上幾方面的性能。很多合成方法很復(fù)雜,并且需要先進(jìn)的設(shè)備和昂貴的原材料。因此,凝膠燃燒和熱壓成為一種替代手段來(lái)合成LSMO塊體材料,其成本低,制備過(guò)程簡(jiǎn)單。目前,關(guān)于熱壓燒結(jié)制備LSMO塊體材料,其制備工藝對(duì)材料的組織結(jié)構(gòu)、電、光和發(fā)射性能的研究并無(wú)報(bào)道,因此需要進(jìn)一步的研究。本文研究了凝膠燃燒過(guò)程中合成參數(shù)對(duì)LSMO粉末的影響規(guī)律。這種合成方法是化學(xué)溶膠—凝膠,自燃燒和劇烈燃燒過(guò)程的有效結(jié)合,這是一種采用低成本原始材料的簡(jiǎn)單的合成方法。采用此合成方法得到的粉末通常具有較好的均勻性,純度,粒度和活性。然而,在凝膠化過(guò)程中,有很多因素會(huì)影響凝膠溶液的質(zhì)量和穩(wěn)定性,以及其后的燃燒過(guò)程和形成粉末的質(zhì)量。其中的兩個(gè)最重要的因素是溶液的p H值和溶液中螯合劑與金屬離子的摩爾比(φ)。為了防止凝膠化過(guò)程中的沉淀以及后續(xù)燃燒的有效性,需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。所用的原料是檸檬酸,乙二醇和金屬的硝酸鹽,通過(guò)滴加氨水調(diào)節(jié)混合溶液的p H值。為了獲得最佳p H和φ值,采用目測(cè)法,紅外線吸收光譜及XRD分析對(duì)凝膠形成及燃燒過(guò)程進(jìn)行分析,同時(shí)對(duì)于所有樣品均獲得單晶相的燒結(jié)溫度進(jìn)行研究,并對(duì)燒結(jié)后的晶體結(jié)構(gòu)與最終粉末的形態(tài)和Sr2+的摻雜量的關(guān)系進(jìn)行了研究。獲得結(jié)果表明當(dāng)p H值小于1.8時(shí),凝膠化的過(guò)程不發(fā)生任何沉淀。當(dāng)檸檬酸與金屬離子的比例小于1時(shí),其后燃燒過(guò)程的粉末的結(jié)晶結(jié)構(gòu)是像LSMO相位。當(dāng)燒結(jié)溫度為1200°C時(shí),所有Sr摻雜的樣品都獲得了單相粉末。采用上面獲得的最佳參數(shù),合成大量的LSMO粉末用作進(jìn)一步的研究。將該粉末分成幾份,并使用不同的參數(shù)進(jìn)行熱壓,參數(shù)包括壓強(qiáng)、顆粒大小、燒結(jié)溫度/時(shí)間及摻雜量。并對(duì)這些參數(shù)對(duì)LSMO塊體材料的組織結(jié)構(gòu)、形貌、成分和化學(xué)相的影響規(guī)律進(jìn)行研究。獲得結(jié)果表明,隨成形壓力提高,材料的電阻率降低以及金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變溫度TP向高溫轉(zhuǎn)移。隨顆粒尺寸的減小,燒結(jié)后塊體材料的點(diǎn)陣常數(shù)增加,孔隙率降低,致密度增加以及電阻率升高。隨燒結(jié)溫度的升高,晶粒尺寸增大,同時(shí)溫度每升高100°C,電阻率降低約一個(gè)量級(jí),金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變溫度向高溫移動(dòng)。隨燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng),晶界密度降低,電阻率增加。隨Sr摻雜含量增加,塊體材料LSMO的電阻率降低,同時(shí)使得TP向高溫轉(zhuǎn)移。對(duì)熱壓制備的LSMO塊體材料的光學(xué)特性進(jìn)行了研究。首先,我們研究的不同燒結(jié)溫度及摻雜量對(duì)室溫下中間和遠(yuǎn)紅外線范圍下光譜反射率的影響。在100-4000 cm-1光譜波數(shù)區(qū)間內(nèi),所有光譜反射率的圖譜具有三個(gè)譜峰,即170、360和590 cm-1,分別對(duì)應(yīng)于La位外部、Mn-O-Mn的彎曲振動(dòng)和Mn-O的伸縮振動(dòng)模式。隨著燒結(jié)溫度升高,彎曲模式和伸縮模式的頻率向高頻地轉(zhuǎn)移,而外部聲子的振動(dòng)基本上不變。采用Kramers-Kronig變換來(lái)計(jì)算了光學(xué)常數(shù),包含折射率n和消光系數(shù)k,也得到與光譜反射率類似的3個(gè)峰。摻雜量的增加導(dǎo)致了光學(xué)聲子的消失,同時(shí)使得反射率升高。對(duì)153-513K區(qū)間內(nèi)發(fā)射率變化計(jì)算表明,材料可以隨溫度變化自動(dòng)調(diào)解發(fā)射率,在摻雜量在0.2時(shí)變化最明顯。文中同時(shí)討論了帶內(nèi)發(fā)射與摻雜濃度的關(guān)系,表現(xiàn)為在有限的波長(zhǎng)范圍內(nèi)(2.5-25微米)的發(fā)射與全域(2.5-100微米)發(fā)射的比值,F2.5-25(T)。當(dāng)溫度T433 K時(shí),F2.5-25(T)與摻雜濃度無(wú)關(guān)。當(dāng)溫度T433 K時(shí),F2.5-25(T)在摻雜濃度x約0.33出現(xiàn)最大值。
【關(guān)鍵詞】：凝膠燃燒 熱壓 氧化錳 發(fā)射率 導(dǎo)電性能 光學(xué)特性 K-K分析
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TF125
【目錄】：

• Abstract4-7
• 摘要7-13
• Chapter 1 Introduction13-31
• 1.1 Introduction13-15
• 1.2 Fundamentals of physical characteristics15-19
• 1.2.1 Perovskite structure15-17
• 1.2.2 Electronic structure17-19
• 1.3 Electrical transport properties19-23
• 1.3.1 Influence of A-site/ B-site doping20-21
• 1.3.2 Influence of non-stoichiometry21
• 1.3.3 Influence of fabricating process21-23
• 1.4 Optical properties23-25
• 1.5 Emissivity properties25-27
• 1.6 Methods for synthesizing La_(1-x)Sr_xMnO_3 composition27-29
• 1.6.1 Solid-state reaction27-28
• 1.6.2 Mechano-chemical synthesis28
• 1.6.3 Wet chemical synthesis28-29
• 1.7 Contents of this research29-31
• Chapter 2 Experimental and methods31-46
• 2.1 Chemical compounds and experimental equipment31-33
• 2.1.1 Chemical compounds31
• 2.1.2 Experimental equipment31-33
• 2.2 Experimental design33-35
• 2.2.1 Parameters for gelatinization33-34
• 2.2.2 Synthesizing process of LSMO composition34-35
• 2.3 Analyzing methods and measuring equipment35-46
• 2.3.1 Chemical analysis for dried gel35-37
• 2.3.2 Structural analysis37-39
• 2.3.3 Density determination39
• 2.3.4 Microstructure analysis39-40
• 2.3.5 Chemical state analysis40-41
• 2.3.6 Measurement of electrical resistivity41-42
• 2.3.7 Measurement of infrared reflectivity and analysis42-43
• 2.3.8 Emissivity determination43-46
• Chapter 3 Synthesis of LSMO powder by gel combustion method46-56
• 3.1 Influence of p H on gelatinizing stability and combustion46-48
• 3.2 Influence of citric acid  metal ratio on combustion48-51
• 3.3 Thermo-gravimetric and differential thermal analysis of as-formed xerogel51
• 3.4 Phase structure of La_(1-x)Sr_xMnO_3 powders51-53
• 3.5 Morphology analysis of LSMO powders53-55
• 3.6 Summary55-56
• Chapter 4 Structural and electrical properties of hot-pressed LSMO ceramics56-87
• 4.1 Crystalline structure of hot-pressed LSMO ceramics56-69
• 4.2 Microstructure of hot-pressed LSMO ceramics69-74
• 4.3 Influence of doping content on chemical state of La_(1-x)Sr_xMnO_3 ceramics74-78
• 4.4 Influence of compressing conditions on electrical properties of LSMO ceramics78-85
• 4.5 Summary85-87
• Chapter 5 Optical properties and emittance calculation for hot-pressed LSMO ceramics87-103
• 5.1 Optical properties87-95
• 5.1.1 Kramers-Kronig transformation and optical constants87-89
• 5.1.2 Influence of sintering temperature on optical properties of hot-pressed LSMO ceramic89-93
• 5.1.3 Influence of Sr-doped level on optical properties of hot-pressed LSMO ceramics93-95
• 5.2 Calculation of emissivity and emissive power95-102
• 5.2.1 Temperature dependence of infrared spectral reflectance95-97
• 5.2.2 Calculation of emissivity and emissive power97-102
• 5.3 Summary102-103
• Conclusions103-105
• Appendix105-108
• References108-120
• List of publications120-122
• Acknowledgement122-123
• Curriculum vitae123

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本文編號(hào)：690259