鑭系氧化物陶瓷材料的製備、導電性和磁性研究
學年 94
學期 1
出版（發表）日期 2006-01-01
作品名稱 鑭系氧化物陶瓷材料的製備、導電性和磁性研究
作品名稱（其他語言） Preparation, Electric and Magnetic Properties of Lanthanide Oxide Ceramic Materials
著者 高惠春
單位 淡江大學化學學系
描述 計畫編號：NSC95-2113-M032-006 研究期間：200608~200707 研究經費：819,000
委託單位 行政院國家科學委員會
摘要 本計畫將由不同的學生分別執行下列工作，而不以年度為限。 1. 本計畫將以pyrochlore 結構作骨架，開發新的氧離子導體，期待可以 用在固態氧化物燃料電池 (SOFC) 中作電解質。Pyrochlore 結構的化 學通式是A2B2O7，單位晶胞中每8 個氧的位置即有1 個空缺，離子 導電度佳。本計畫擬以數種不同的製備法製備緻密度高的離子導體。 例如，使用高分子的檸檬酸鹽先驅物 (polymeric citrate precursor) 法、共沈澱法或是以濕式球磨法獲得均勻度高的細緻粉末，再以熱 壓、鍛燒、燒結等步驟獲得樣品。樣品的化學式為R2(Ti,Zr,Hf)2O7、 (R,A)2Ti2O7、(R,A)2Zr2O7 或(R,A)2Hf2O7，其中R = 稀土元素，A = Ca、 Sr、Ba 或Cd。以2 價陽離子取代3 價的R 離子，會進一步增加氧空 缺；以Ti、Zr 或Hf 互相取代，增加disorder，使樣品更利於氧離子 的傳導。樣品的特性分析包含晶體結構、緻密度、離子和電子導電度、 活化能、外觀、元素分析 (EDS)、X-光吸收光譜等。預期可以獲得不 同的取代物和含量、陽離子半徑、溶解度、單位晶胞參數與物性間的 關係，尋找最佳的組成。 2. 以Pr 或Ce 取代Bi 系列高溫超導(含2201, 2212, 2223) 的Sr 或Ca 離 子，探討Pr 或Ce 取代對Bi 系列高溫超導體超導性質的影響。Pr 對 (R1-xPrx)Ba2Cu3Oy (簡稱RPr-123) 化合物的Tc 影響很大；愈大的R 離 子，受到的影響也愈大。但是，以Pr 取代Bi-2201 中的Sr，其Tc 的 變化和週期表中位在Pr 左右兩邊的La 或Nd 原子類似，這顯然是一 個值得探討的問題。因此，本計畫希望研究Pr 的取代對Bi-2201、 Bi-2212 或 Bi-2223 超導性質的影響。Ce 是一個比Pr 更喜歡以4 價 態存在的離子，我們也將以Ce 來取代Sr 或Ca，並觀察它的效應。 樣品的特性分析包含晶體結構、電阻率、超導性、磁化率、氧含量、 電洞濃度、外觀、元素分析、X-光吸收光譜等。預期可以獲得不同的 取代物和含量、陽離子半徑、溶解度、單位晶胞參數與物性間的關係。 3. 大多數具有perovskite 結構的(R1-xAx)BO3 化合物是以2 價的陽離子去 取代3 價的R 離子，R = 稀土元素。所以，B 被電洞摻雜，B 的價數 是B(III)/B(IV)。本計畫將以Ce(IV) 或 Th(IV) 去取代R 做電子摻 雜。所以，B 的價數是B(II)/B(III)。本計畫選擇三種磁性元素：Fe、 Co 或Ni 作為B 原子，A 原子以不同比例的稀土元素混合Ce 或Th， 表 C011 共 2 頁 第 2 頁 製備一些具有混合原子價的Fe、Co 或Ni 的氧化物。製備方法包含傳 統的固態研磨法或是高分子的檸檬酸鹽先驅物法。樣品的特性分析包 含晶體結構、電阻率、磁組、磁化率、氧含量、外觀、元素分析、X- 光吸收光譜等。探討不同的R、Ce、Th、Fe、Co 或Ni 對這些氧化物 的磁性和電性的影響並獲得氧化物的組成、含量、陽離子半徑、溶解 度、單位晶胞參數與物性間的關係。(R1-xAx)BO3 化合物也可以作為固 態氧化物燃料電池陰極材料，其電子與離子導電性也將一併研究，尋 找最佳的組成。
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