一种钼酸镧基氧离子导体的激光制备方法技术

本发明专利技术属于固体氧化物氧离子导体的制备技术领域，特别涉及一种钼酸镧基氧离子导体的激光制备方法。以la2O3、MoO3、WO3粉末为原料，按照La2Mo2-xWxO9中x取值0.2-1.2的摩尔比配比，混合均匀、压坯之后进行预烧，再用CO2激光束照射使之充分反应。本发明专利技术制备方法工艺简单、成本低、耗时短、能耗低、工艺重复性好，获得的钼酸镧基氧离子导体样品致密度高、氧离子电导率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于固体氧化物氧离子导体的制备
，特别涉及一种钥酸镧基氧离子导体的激光制备方法。
技术介绍
具有较高的氧离子电导率的固体电解质在固体氧化物燃料电池、氧传感器、透氧膜、固态离子器件等领域有着重要的应用价值和前景。La2Mo2O9是2000年P. Lacorre的研究小组首先报导的一种新型的氧离子导体(Nature 404 (2000) 856. )，800°C时其氧离子电导率约为O. 06S/cm，但La2Mo2O9材料在580°C左右发生由高温立方到低温单斜的相变， 伴随着相变，电导率降低两个数量级，且材料的热膨胀系数也发生突变，限制了该材料的实际使用。研究发现，分别或同时用某些其他阳离子替代La或Mo，可将La2Mo2O9的高温相稳定至室温，该类材料统称钥酸镧La2Mo2O9基电解质。P. Lacorre小组的进一步研究表明(J. New Mater. Electrochem. Syst. 7 (2004) 51 ； Chem. Mater. 17 (2005) 4678 ； Solid State Ionics 177 (2006) 1715 - 1720)，用W元素部分替代Mo元素，可以将高温相稳定至室温，不同比例W替代Mo后，电解质在500 0C >800 °C的电导率约4. 0*10_4 S/cm、0. 03 S/ cm。La2Mo2O9基电解质的制备方法有固相反应法和利用溶胶凝胶法制备前驱体再进行高温烧结的方法。固相烧结法需要多步研磨和反复的高温煅烧才能得到物相纯的La2Mo2O9相， 煅烧温度在700-1000 °C范围内，每次煅烧约10 h，耗时长，能耗大。溶胶凝胶法制备前驱体工艺复杂、周期长、产量低，且易对环境产生污染。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钥酸镧基氧离子导体的激光制备方法，可以克服现有方法周期长、能耗大或者工艺复杂、产量低的缺陷，且用该方法制备的样品相对于现有办法制备的样品电导率显著提高。本专利技术采用的技术方案如下一种钥酸镧基氧离子导体的激光制备方法，所述钥酸镧基氧离子导体如下所示 La2Mo2^xWxO9 以la203、Mo03、W03粉末为原料，按照La2Mo2_xWx09中x取值O. 2-1. 2的摩尔比配比(即Ia2O3 =MoO3 :评03为l:2-x :x)，混合均匀、压坯之后先进行预烧，再用CO2激光束照射使之充分反应。上述的混合、压坯均为常规的陶瓷坯体制备技术。如混合可参照如下进行将原料与无水乙醇混合，密封于装有玛瑙球的玛瑙罐中， 用高能球磨机球磨3-5 h,然后在干燥箱中干燥待用。压坯可参照如下进行将混合均匀并充分干燥的原料粉末在20-40 MPa下压坯， 保持60-80 S。获得的坯体直径为14 mm，厚度2-3 mm。预烧的温度为580-590 °C，预烧时间3-4 h。用CO2激光束照射时，激光功率为700-900W，激光束离焦量120 mm，辐照时间为180-240 S。坯体两个面依次照射，两个面照射时间相同。 辐照的激光功率优选为700W，照射总时间为240 s。辐照时先照射某一面40-60 S，待原料充分反应后，再于50-60 s内逐渐降低激光功率至关闭，待样品凝固并冷却后，再对另一面进行同样的处理。较好的，称量前将La2O3放在高温炉中，800 °C灼烧2小时，以去除其中氢氧化物和碳酸盐的成分。其分解的化学反应方程式为2La (OH) 3 = La2O3 + 3H20; La2O2CO3 = La2O3 + CO2本专利技术制备方法的原理是在高功率的激光辐照下，均匀混合后的粉末在高温下成熔融状态，发生如下化学反应=Ia2O3+(2-z) MoO3^rTO3=La2Mo2JVxO9, (x=0. 2, O. 4, O. 6, O. 8，I. O, I. 2)。由于熔池的对流和传质作用，合理控制辐照时间，反应可充分进行，得到高纯度的La2Mo2JVxO9。固体氧离子导体的电阻可分为晶粒内部的电阻和由晶界引起的电阻。通过该方法制备的固体电解质，由于是直接从熔融的状态固化，具有和传统方法制备所完全不同的织构，晶界的电阻减小，氧离子电导率显著提高，如在空气气氛下，La2Moh8Wa2O9 在 5000C >800 1的电导率分别为 O. 008S/cm、0. 15 S/cm。本专利技术相对于现有技术，有以下优点本专利技术制备方法工艺简单、成本低、耗时短、能耗低、工艺重复性好，获得的钥酸镧基氧离子导体样品致密度高、氧离子电导率高。附图说明图谱。图I为实施例I所得的La2Moa8W1 209以及卡片库中立方相结构的La2Mo2O9的XRD图2为实施例3所得的La2Moh8Wa 图3为实施例3所得的La2Moh8Wa 图4为实施例3所得的La2Mo1.8ff0.2209的XRD图谱。209的断面SEM照片。O9在空气气氛中不同温度下的电导率变化曲线。具体实施例方式以下以具体实施例来说明本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不限于此以下实施例中所用的La203、MoO3、WO3粉末的纯度分别为99. 99%,99. 5%和99. 5%。实施例ILa2Moa8Wh2O9的制备，步骤如下I)称量前将La2O3放在高温炉中，800 °C灼烧2小时，以去除其中氢氧化物和碳酸盐的成分。2)将La2O3' MoO3> WO3按照1:0. 8:1. 2的摩尔比混合，之后与无水乙醇混合，密封于装有玛瑙球的玛瑙罐中，用高能球磨机球磨4 h,球磨机转速220转/min,然后取出样品， 在干燥箱中干燥5 h，干燥箱温度为150 °C。干燥后的混合粉末在40 MPa的压力下压坯， 保压时间为60 s,获得直径为14 mm,厚度2 mm的还体。3)样品坯体装在坩埚中，盖上盖，放入高温管式炉中，设置高温炉使其按5 0C /min的速率升温至煅烧温度590 V，预烧3 h，以避免MoO3的升华。4)预烧后的坯体置于样品台上，用CO2激光束照射坯体，激光束离焦量为120 mm, 功率为900 W，辐照某一面40 s后，接下来的50 s内逐渐降低激光功率至关闭，以降低冷却速度。待样品冷却至室温后以同样的方法和参数对另一面进行辐照。5)得到的样品研磨成粉末，用X射线衍射分析(XRD)物相组成。XRD图谱见图I。XRD结果与卡片库中立方相的La2Mo2O9的XRD谱吻合，说明制备出的样品为纯的La2Motl. A2O9，且在室温下为立方结构。样品相对密度为99. 4%。实施例2所用激光功率为700 W，每个面照射时间为60 S，其他同实施例I。对制备的样品采用交流阻抗谱在空气气氛下测试500-800 1范围内的电导率以及用X射线衍射分析物相组成。XRD谱峰位置与实施例I中对应，说明在该条件下也能制备出纯的La2Moa8WuO9,室温下为立方结构。样品相对密度为99. 2%，电导率见表I。实施例3将La2O3、MoO3、WO3按照I: I. O: I. O的摩尔比配比，其他同实施例2。XRD谱峰位置与实施例I中对应，说明在该条件下能制备出纯的La2MouWuO9，室温下为立方结构。样品相对密度为99. 3%，电导率见表I。实施例4将La2O3、MoO3、WO3按照本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：晁明举，余菊美，李德川，梁二军，李明玉，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：