锰基稀土氧化物的结构及金属—绝缘体转变点的研究

论文摘要

本文采用溶胶-凝胶方法制备La 1-x Sr x MnO（3x=0.0,0.2,0.3,0.33,0.375,0.4,0.5）系列及La 0.67-y Ce y Sr 0.33 MnO3（y=0.0,0.1,0.15,0.2,0.25）系列粉体,并经过压制成型,最后对块体进行烧结。通过改变掺杂元素含量以及烧结工艺来研究块体样品的结构和电阻率-温度关系。XRD对样品相结构进行分析;SEM对粉体、块体样品形貌进行观察和分析;EDS对样品的成分进行检测;使用标准四引线法测量样品的电阻率-温度关系;用德国耐驰STA449C综合热分析仪对粉体的前驱体进行热分析,以检测溶胶-凝胶工艺的合理性。TG-DSC曲线分析表明,溶胶-凝胶制备粉体工艺设计合理,XRD分析粉体（900℃）为菱面体钙钛矿结构;粉体形貌观察表明,1000℃,烧结4小时后粉体形貌变规则,颗粒尺寸增大,发现由900℃平均～50nm增大到～60nm。所制粉体压制成圆片状并在不同工艺下进行烧结,进行SEM观察,发现随着烧结温度提高,时间延长,材料致密度提高,颗粒明显长大。而且LSMO块体样品平均晶粒尺寸随着Sr掺杂含量增加而减小;LCSMO块体样品平均晶粒尺寸随着Ce含量增加缓慢增加。XRD检测发现:LSMO样品为菱面体钙钛矿结构;LCSMO样品为菱面体钙钛矿相与CeO2相,并随着掺杂Ce含量提高CeO 2含量增加。成分分析结果表明制备样品纯度高。采用标准四引线法表征块体样品电阻率随温度的变化关系,研究结果表明,LSMO和LCSMO样品都出现金属-绝缘体转变,1000℃,4h烧结LSMO样品随着掺杂Sr含量增加金属-绝缘体转变温度（TMI）先升高后降低,并且La 0.7 Sr 0.3 MnO3的TMI最大（269K）,而电阻率随着Sr掺杂含量增加逐渐降低。LCSMO样品（1000℃,4h）电阻率-温度关系曲线表明掺杂Ce后显著降低T MI ,从248K（La 0.67 Sr 0.33 MnO 3 ）降低到133K(La0.57Ce0.2Sr0.33MnO3)。对LSMO掺杂Sr含量为0.3、0.33、0.4的样品及LCSMO样品Ce掺杂含量为0.1的样品进行不同烧结工艺处理,研究表明,随着烧结温度提高样品TMI明显提高,电阻率下降,在1200℃烧结后,T MI普遍在室温以上。La0.67Sr0.33MnO3样品在1100℃,8h烧结工艺下T MI在室温27℃。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的及意义
• 1.2 锰基稀土氧化物的研究进展
• 1.3 LSMO稀土氧化物的结构和性能
• 1.3.1 晶体结构
• 1.3.2 电性能
• 1.3.3 磁性能
• 1.4 锰基稀土氧化物的理论研究
• 1.4.1 双交换模型
• 1.4.2 其它理论研究
• 1.5 LSMO稀土氧化物的金属－绝缘体转变
• 1.5.1 A位和B位掺杂对金属－绝缘体转变的影响
• 1.5.2 氧位变化对金属－绝缘体转变的影响
• 1.5.3 烧结工艺对金属－绝缘体转变的影响
• 1.6 制备方法
• 1.6.1 溶胶－凝胶法
• 1.6.2 固相反应法
• 1.7 本论文研究内容
• 第2章 材料及实验方法
• 2.1 制备试样所用试剂和仪器
• 2.2 试样制备
• 2.3 研究方法及分析手段
• 2.3.1 相结构分析
• 2.3.2 样品成分分析
• 2.3.3 粉体前驱体热分析
• 2.3.4 样品形貌表征
• 2.3.5 样品电阻率－温度关系测试
• 第3章 样品结构及形貌
• 3.1 前驱体热分析
• 3.2 溶胶－凝胶制备粉体的相结构
• 3.3 LSMO样品结构及形貌
• 3.3.1 LSMO块体结构
• 3.3.2 LSMO块体形貌
• 3.3.3 LSMO粉体形貌
• 3.4 LCSMO样品结构及形貌
• 3.4.1 LCSMO块体样品结构
• 3.4.2 LCSMO块体样品形貌
• 3.4.3 LCSMO粉体形貌
• 3.5 成分分析
• 3.5.1 LSMO成分分析
• 3.5.2 LCSMO成分分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 电阻率－温度特性研究
• 4.1 LSMO块体样品电阻率－温度关系
• 4.2 LCSMO块体的电阻率－温度关系
• 4.3 本章小结
• 第5章 烧结工艺对结构和电阻率－温度特性的影响
• 5.1 烧结工艺参数
• 5.2 烧结工艺对样品结构及形貌的影响
• 5.2.1 烧结工艺对样品结构的影响
• 5.2.2 烧结工艺对样品形貌的影响
• 5.3 烧结工艺对电阻率－温度特性的影响
• 5.4 正交设计
• 5.5 ρ－T关系曲线的拟合
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢