研究目的
合成并研究钒酸氧掺杂硼磷酸盐玻璃在组成为xCaO?(30?x)Na2O?35B2O3?35P2O5+(1.0 mol%) V2O5范围内的物理、结构、光学、热学、电学及阻抗谱表征特性。
研究成果
钙掺杂硼磷酸钠玻璃的合成取得成功,X射线衍射分析证实其具有非晶特性。随着氧化钙含量增加,玻璃密度升高、摩尔体积降低且交联度增强,玻璃网络结构通过玻璃化转变温度(Tg)的上升得到强化。光学带隙随氧化钙添加而减小,傅里叶变换红外光谱(FTIR)位移表明存在结构变化。电学性能显示直流电导率下降并呈现阿伦尼乌斯行为,交流电导率遵循琼斯彻幂律,阻抗中存在非德拜弛豫现象。研究结果凸显了氧化钙作为网络修饰体的作用——既能提升热稳定性,又影响光学与电学性能,暗示其在固态电池和光学器件中的应用潜力。未来工作可聚焦于针对特定应用优化组分及探索其他修饰氧化物。
研究不足
该研究仅限于特定组成范围(x = 0至10摩尔%氧化钙),可能无法推广至其他体系。硼酸盐与磷酸盐网络红外谱带的重叠使得结构分析具有挑战性。特定设备与条件(如温度范围、频率限制)的使用制约了结果的适用性。潜在优化方向包括探索更广的组成范围、采用核磁共振等先进结构技术以获得更高分辨率,以及研究其他过渡金属离子进行对比研究。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用熔融淬冷法合成玻璃样品,并通过多种分析技术进行表征以探究成分对性能的影响。理论模型包括用于光学带隙的Tauc图、描述直流电导率的阿伦尼乌斯方程以及分析交流电导率的Jonscher幂律。
2:样品选择与数据来源:
合成了组成为xCaO-(30-x)Na2O-35B2O3-35P2O5+(1.0 mol%)V2O5(x=0,2,5,7,10 mol%)的玻璃样品。原料包括Na2CO3、CaCO3、H3BO3、NH4H2PO4和V2O5。
3:0 mol%)V2O5(x=0,2,5,7,10 mol%)的玻璃样品。原料包括Na2COCaCOH3BONH4H2PO4和V2O5。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括电子天平(CAS CAUY 220)、玛瑙研钵、高铝坩埚、马弗炉、不锈钢板、X射线衍射仪(Rigaku Ultima IV)、珀金埃尔默Frontier傅里叶变换红外光谱仪、岛津UV 2450分光光度计、热分析仪(STA 6000,珀金埃尔默)、Keithley 2401源表、可编程控温马弗炉及阻抗分析仪(HIOKI IM 3570)。材料包括用于密度测量的二甲苯和用于电极的胶体银漆。
4:0)、玛瑙研钵、高铝坩埚、马弗炉、不锈钢板、X射线衍射仪(Rigaku Ultima IV)、珀金埃尔默Frontier傅里叶变换红外光谱仪、岛津UV 2450分光光度计、热分析仪(STA 6000,珀金埃尔默)、Keithley 2401源表、可编程控温马弗炉及阻抗分析仪(HIOKI IM 3570)。材料包括用于密度测量的二甲苯和用于电极的胶体银漆。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:称量并混合原料,研磨后在1200°C熔融1小时(每15分钟手动搅拌),在预加热不锈钢板间淬冷后抛光待测。XRD测试范围20-80°,FTIR范围250-1600 cm?1,紫外-可见光谱范围200-850 nm,差热分析范围200-900°C,直流电导率测试温度353-633 K,阻抗测试温度100-400°C及频率1 kHz-5 MHz。
5:数据分析方法:
数据分析包括计算密度与摩尔体积、光学碱度、离子极化率、基于Tauc图的光学带隙、差热分析的特征温度、阿伦尼乌斯图的活化能,以及利用电模量方程和Jonscher幂律从阻抗数据中提取介电参数。
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