Eu1-xSrxMnO3-δ(x=0.1,0.15,0.2)及(Gd0.5Eu0.5)0.8Sr0.2MnO3负热膨胀性能研究

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绝大多数材料的热胀冷缩特性会引起器件中热应力、微裂纹的存在,进而导致器件的性能下降甚至失效。负热膨胀材料的发现弥补了这种缺陷,故其受到了广泛的关注与研究。可控热膨胀材料、低热膨胀材料及近零膨胀材料的开发和应用降低了器件的热应力,提高了其热稳定性能。然而,目前负热膨胀材料在应用方面仍有很大的局限性,这主要由于负热膨胀材料仍存在一些亟待解决的缺点:例如,制备过程繁琐、成本和能耗高、材料的稳定性能差、易发生相变、吸水后导致力学性能下降并失去负热膨胀性能,功能单一等等。因此,探索制备优良性能的、新的负热膨胀材料具有重要的应用价值。  掺杂钙钛矿稀土锰氧化物因其具有的奇特的物理特性而备受关注,但对其热膨胀方面的研究还远远不足。本论文以 Eu1-xSrxMnO3-δ(x=0.1,0.15,0.2)和(Gd0.5Eu0.5)0.8Sr0.2MnO3为主要研究对象,就其表现出的负热膨胀特性展开具体研究,并重点分析了其热缩机理,主要工作和结果如下:  (1)采用固相合成法成功制备出新的负热膨胀材料Eu1-xSrxMnO3-δ(x=0.1,0.15,0.2)体系。随着掺杂浓度x的增大,样品表现出愈加优异的负热膨胀特性,且当x=0.2时,Eu0.8Sr0.2MnO3-δ平均线膨胀系数达-14.0×10-6/K(298~873 K)。  (2)对Eu0.8Sr0.2MnO3-δ的物相构成和微观组织进行了深入研究。通过X射线衍射(XRD)分析表明,样品 Eu0.8Sr0.2MnO3-δ为正交钙钛矿结构;通过扫描电子显微镜(SEM)和EDS能谱元素分析表明,样品由单一的、紧密排列的Eu0.8Sr0.2MnO3-δ多面体颗粒相组成,颗粒尺寸5~7μm,颗粒分布均匀、结晶程度良好。  (3)本文重点分析了 Eu0.8Sr0.2MnO3-δ的负热膨胀机理。我们认为,Eu0.8Sr0.2MnO3-δ的负热膨胀是晶格畸变和Jahn-Teller效应释放的共同作用的结果:EuMnO3中掺入Sr2+改变了其钙钛矿结构的畸变程度,为负热膨胀的产生提供了必要条件,随着温度的升高,氧缺陷的增大,导致由Mn3+离子引起的MnO6八面体畸变释放,使得晶体沿一个轴向发生收缩,晶格对称性增加,体积减小,总体表现出负热膨胀性能。并对其他掺杂浓度下的样品的负热膨胀机理做出了推测。  (4)采用固相法成功制备出负热膨胀材料(Gd0.5Eu0.5)0.8Sr0.2MnO3。通过 X射线衍射(XRD)分析表明,样品(Gd0.5Eu0.5)0.8Sr0.2MnO3为正交钙钛矿结构。在495~673 K温区内,样品表现出良好的负热膨胀特性,平均线膨胀系数为?=-0.9?10-6/K。该负热膨胀的来源可能与样品本身的孔洞和加热过程中晶格的变化相关。
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