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含有过渡金属离子对的磷酸盐半导体玻璃是体导电微通道板的潜在材料,它可以通过改变玻璃的组成、熔制制度等来改变玻璃中过渡金属离子的氧化还原数,从而在较大范围内控制玻璃的电阻率以满足应用的需求。本工作基于微通道板对磷酸盐半导体玻璃材料的要求,选取了P2O5-Fe2O3-PbO和P2O5-V2O5-PbO两个系统,针对该玻璃的性能尤其是电性能及其影响因素开展了较为深入的研究工作,并且选择了P2O5-Fe2O3-PbO系统中比较典型的60P2O5-20Fe2O3-20PbO,研究了熔制制度(包括熔制温度和熔制时间)对该玻璃性能的影响。
首先本文选择P2O5-Fe2O3-PbO系统,研究了其中铁离子氧化还原数的测试方法、影响电导率的因素,讨论了该系统玻璃的化学稳定性及其结构。结果表明:铁磷酸盐半导体玻璃的电导率受到其中铁离子氧化还原数的影响,其电导机理可以用Mott的SPH理论解释,通过分析玻璃的结构还解释了该系统玻璃具有良好化学稳定性的原因。另一方面,本论文通过研究不同熔制制度(包括熔制温度和熔制时间)对组成为60P2O5-20Fe2O3-20PbO(mol%)的玻璃的性能产生的影响发现,熔制温度对过渡金属离子氧化还原数的影响比熔制时间大的多,可以通过改变熔制制度达到控制玻璃电导率的目的。
本论文还选取了P2O5-V2O5-PbO系统,测定了其中五价钒的含量、对直流电导率等物理性质进行了研究,并对其导电机理进行了探讨。实验结果表明,该系统玻璃的电导率随钒离子氧化还原数的增大而增大,[VO6]八面体是玻璃导电机理中的基本结构单元;连续的片状、带状、链状[VO6]八面体为电子提供了一条通路,从而使玻璃具有了导电的性质。