微波固相法制備鈣鈦礦型納米鑭系復(fù)合氧化物及其過(guò)程動(dòng)力學(xué)

頁(yè)數(shù) 80 字?jǐn)?shù) 34654 碩士學(xué)位論文

摘 要
本文采用微波固相化學(xué)反應(yīng)法，在含結(jié)晶水體系中制備了納米鑭系復(fù)合氧化物，研究了制備工藝條件及其優(yōu)化；討論了前驅(qū)體的熱分解過(guò)程動(dòng)力學(xué)和產(chǎn)物晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。
利用水合乙酸鹽、氧化物與草酸通過(guò)微波固相化學(xué)反應(yīng)法制備了納米鑭鍶鈷復(fù)合氧化物，分別考察了微波加熱功率、微波加熱時(shí)間、熱分解溫度、熱分解時(shí)間四個(gè)因素對(duì)產(chǎn)物平均粒徑的影響，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)分析了四個(gè)因素的取值，用均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化其工藝條件，得最佳工藝條件為：微波加熱功率600W、微波加熱時(shí)間15min、熱分解溫度700℃、熱分解時(shí)間6h；在此條件下制得的產(chǎn)物平均粒徑為15.6nm，主要物相為L(zhǎng)a0.7Sr0.3CoO3, 結(jié)構(gòu)屬于鈣鈦礦相斜方六面體結(jié)構(gòu)（Rhombohedral），空間群為R－3c。
利用水合乙酸鹽、氧化物與草酸通過(guò)微波固相化學(xué)反應(yīng)法制備了納米鑭鍶鎳復(fù)合氧化物，分別考察了微波加熱功率、熱分解溫度、熱分解時(shí)間三個(gè)因素對(duì)產(chǎn)物平均粒徑的影響，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)分析了三個(gè)因素的取值，用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化其工藝條件，得最佳工藝條件為：微波加熱功率600W、熱分解溫度600℃、熱分解時(shí)間5h；在此條件下，制得的產(chǎn)物平均粒徑為17.9nm，主要物相為L(zhǎng)a0.9Sr0.1NiO3, 結(jié)構(gòu)屬于鈣鈦礦相斜方六面體結(jié)構(gòu)（Rhombohedral），空間群為R－3c。
運(yùn)用熱重和差熱分析法對(duì)制備納米鑭鍶鎳復(fù)合氧化物前驅(qū)體熱分解過(guò)程動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。采用Ozawa法和Coats-Redfern法，分兩個(gè)階段計(jì)算了鑭鍶鎳復(fù)合氧化物前驅(qū)體的熱分解活化能、反應(yīng)級(jí)數(shù)及機(jī)理函數(shù)，得到第一階段：表觀活化能Ea≈98.691 kJ•mol-1，反應(yīng)級(jí)數(shù)n≈7/12；第二階段：表觀活化能Ea≈169.555 kJ•mol-1，反應(yīng)級(jí)數(shù)n≈4/9；并由此推出熱分解反應(yīng)為隨機(jī)成核和隨后生長(zhǎng)機(jī)理。
研究了鑭鍶鎳復(fù)合氧化物前驅(qū)體的晶粒生長(zhǎng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)，得到不同煅燒溫度下晶粒生長(zhǎng)的反應(yīng)活化能和反應(yīng)級(jí)數(shù)，并求得平均值，分別是：Q≈56.344 kJ•mol-1，n≈2.71。

關(guān)鍵詞：納米鑭系復(fù)合氧化物，微波固相合成，動(dòng)力學(xué)

Abstract
In this paper, the reaction precursors of serial complex oxides nanometer powder were synthesized by solid-state synthesis method under microwave of the system with crystalline water, technical condition and the precursors kinetics were studied.
The La-Sr-Co complex oxides nanometers powder were synthesized by solid-state reaction under microwave in which La2O3, Sr(CH3COO)2•1/2H2O, Co(CH3COO)2•4H2O were used. The influences of microwave power and heat time, decomposing temperature, decomposing time on particle size were investigated by means of uniform experimental design. The optimum conditions for preparation of La0.7Sr0.3CoO3 were microwave power = 600W, microwave heat time = 15min, decomposing temperature = 700℃ and decomposing time = 5h. Under these conditions, La0.7Sr0.3CoO3 nanometer particles with average diameter of 15.6nm and crystal form of Rhombohedral and space group of R-3c were obtained.
Keyword: La serials complex oxides nanometer powder, Solid-state reaction under microwave, kinetics
目 錄
摘 要（中文） I
摘 要（英文） II
第一章 緒論 1
1.1納米材料的概述 1
1.2微波固相化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理 2
1.2.1固相化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理 2
1.2.2微波加熱原理及特性 3
1.2.3微波固相反應(yīng)的擴(kuò)散增強(qiáng)機(jī)理 4
1.2.4缺陷結(jié)構(gòu)對(duì)物質(zhì)吸收微波能力的影響 5
1.2.5微波頻率、功率對(duì)反應(yīng)的影響 6
1.2.6結(jié)晶水對(duì)反應(yīng)的影響 6
1.2.7研磨對(duì)反應(yīng)的促進(jìn)機(jī)理 7
1.3鈣鈦礦型復(fù)合氧化物的結(jié)構(gòu)與特性 7
1.4鈣鈦礦型復(fù)合氧化物的應(yīng)用 9
1.4.1固體氧化物燃料電池陰極材料 9
1.4.2磁制冷材料 9
1.4.3多功能導(dǎo)電陶瓷材料 9
1.4.4氧分離膜 10
1.4.5氧化還原催化劑 10
1.5鈣鈦礦型納米材料的合成方法 10
1.5.1共沉淀法 11
1.5.2溶膠－凝膠法 11
1.5.3微乳液法 11
1.5.4有機(jī)配合物前驅(qū)體法 12
1.5.5固-固相化學(xué)反應(yīng)法 12
1.6本課題的目的及意義 13
1.7本課題的來(lái)源及主要研究?jī)?nèi)容 14
1.7.1研究課題的來(lái)源 14
1.7.2主要研究?jī)?nèi)容 14
1.7.3本課題的創(chuàng)新點(diǎn) 14
第二章 鈣鈦礦型納米鑭系復(fù)合氧化物的合成及工藝條件的優(yōu)化 15
2.1 反應(yīng)機(jī)理 15
2.2鑭鍶鈷復(fù)合氧化物的合成與工藝優(yōu)化 16
2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器 16
2.2.2 實(shí)驗(yàn)藥品 17
2.2.3 實(shí)驗(yàn)方法及工藝流程 17
2.2.4 產(chǎn)物的表征及粒徑的測(cè)定 17
2.2.5 單因素試驗(yàn) 19
2.2.6工藝條件的優(yōu)化 22
2.2.7最優(yōu)條件反應(yīng) 28
2.3鑭鍶鎳復(fù)合氧化物的合成與工藝優(yōu)化 31
2.3.1實(shí)驗(yàn)儀器 31
2.3.2實(shí)驗(yàn)藥品 32
2.3.3實(shí)驗(yàn)方法及工藝流程 32
2.3.4單因素實(shí)驗(yàn) 32
2.3.5工藝條件的優(yōu)化 35
2.3.6實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算分析 37
2.3.7最優(yōu)條件反應(yīng) 40
2.4本章小結(jié) 41
第三章 納米鑭鍶鎳復(fù)合氧化物熱分解動(dòng)力學(xué) 43
3.1實(shí)驗(yàn)部分 43
3.1.1實(shí)驗(yàn)儀器 43
3.1.2 前驅(qū)體紅外譜圖 43
3.1.3 差熱和熱重分析 44
3.2 動(dòng)力學(xué)研究 45
3.2.1動(dòng)力學(xué)原理 45
3.2.2動(dòng)力學(xué)計(jì)算 47
3.3本章小結(jié) 53
第四章 納米鑭鍶鎳復(fù)合氧化物晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué) 55
4.1實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù) 55
4.2晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué) 55
4.2.1晶粒生長(zhǎng)趨勢(shì)分析 55
4.2.2晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)唯象理論 57
4.2.3晶粒生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)指數(shù)的確定 58
4.2.4晶粒生長(zhǎng)的活化能 59
4.3本章小結(jié) 60
結(jié) 論 61
參考文獻(xiàn) 63
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文 67
獨(dú)創(chuàng)性聲明 68
致 謝 69

參考文獻(xiàn)
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