【摘 要】
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钙钛矿结构的铬酸镧（La Cr O3）,具有熔点高、热稳定性好等特点,经过掺杂改性后表现出优异的物理性能与光学性能,近年来在红外辐射与吸收材料方面的应用受到广泛关注。本论文以分子通式为ABO3的钙钛矿结构铬酸镧为基础,探究对其进行A位Ca2+单掺和A/B位Ca-Ni掺杂后在光热转换领域的应用潜力。采用溶胶凝胶法制备出粉体材料,研究了掺杂浓度对铬酸镧粉体物相组成、微观形貌、表面价态和光学性能的影响,
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钙钛矿结构的铬酸镧（La Cr O3）,具有熔点高、热稳定性好等特点,经过掺杂改性后表现出优异的物理性能与光学性能,近年来在红外辐射与吸收材料方面的应用受到广泛关注。本论文以分子通式为ABO3的钙钛矿结构铬酸镧为基础,探究对其进行A位Ca2+单掺和A/B位Ca-Ni掺杂后在光热转换领域的应用潜力。采用溶胶凝胶法制备出粉体材料,研究了掺杂浓度对铬酸镧粉体物相组成、微观形貌、表面价态和光学性能的影响,基于自制的掺杂铬酸镧粉体研究了光吸收涂层制备工艺流程,利用丝网印刷在氧化铝陶瓷片表面成功制备出掺杂铬酸镧光吸收涂层,重点探究了光吸收涂层的物相成分、表面和截面形貌以及光学性能。取得的主要研究结果如下:A位Ca2+单掺制备铬酸钙镧粉体,最适合的烧结温度为1200℃,发现随着Ca2+掺杂量的增加,主峰会随着Ca2+的掺杂比例增加总体向右移,结晶度均表现良好,粉体微观形貌近球状的颗粒组成,其平均粒径随着Ca2+掺杂量的增加而增大,但是颗粒不均匀。同时晶体中随着Ca2+的进入,材料中Cr5+和Cr6+的峰面增加,氧空位浓度增加,增加了自由载流子吸收。在200-2500 nm的波段范围,经过掺杂后的粉体样品都有较宽的吸收带,其中La0.8Ca0.2Cr O3的吸光度最高能够达到91.3%,随着钙掺杂比例的增加,产生杂质能级使得禁带宽度Eg值显著下降,由3.08 e V降低至1.08 e V。A位Ca2+单掺制备铬酸钙镧涂层,最合适的浆料成分配比为有机载体与粉体混合比为1:1。在探索印刷层数对涂层的厚度与粗糙度影响的过程中发现印刷层数为两层时最佳。随着Ca2+的掺杂比例不断增加,涂层样品的主衍射峰向大角度移动,在涂层的表面形貌中晶体的晶粒尺寸也随着Ca2+掺杂浓度的增加而变大,当掺杂浓度达到0.2的时候,晶粒之间开始出现粘结,涂层形成了有利于提高涂层的光谱吸收的孔洞结构。经过Ca2+掺杂后的涂层在200-2500 nm范围内的吸收率显著提高,La0.8Ca0.2Cr O3涂层样品的吸光率能够达到95.2%。A/B位Ca-Ni共同掺杂制备铬酸镧基粉体与涂层,发现随着Ni的掺杂比例不断增加,涂层样品的主衍射峰向小角度移动即呈现向左偏移的趋势,在涂层表面也形成了有利于提高涂层的光谱吸收的孔洞结构,当Ni2+掺杂浓度为0.2时,吸光度提升至最高能够达到97.8%,充分表明了Ca-Ni共同掺杂铬酸钙镧在光学领域的应用具有很大的应用前景。
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