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YBa2Cu3O7-d及元素替代材料的透氧性能研究

2020-11-22阅读(700)

YBa2Cu3O7-d及元素替代材料的透氧性能研究

论文摘要

本文首先介绍了混合导体透氧膜的概念、种类、研究进展、透氧机理及透氧率的理论公式。较全面地论述了透氧膜的制备方法、性能表征、应用情况及当前发展中存在的一些问题。并描述了高温超导材料YBa2Cu3O7-δ（简写:YBCO）的发现过程、结构特点及各种氧特性。 用暂态热重法研究分析了YBCO在不同的温度下N2→O2→N2交变气流中的吸氧、脱氧过程,估算了其在不同温度下的氧吸附速率、氧脱附速率。结果表明,在暂态测试条件下,YBCO对氧有强烈的选择吸附性,并且吸氧、脱氧过程是可逆的,氧吸附过程较迅速,而氧脱附过程则较缓慢;氧吸附或氧脱附过程仅在开始段是表面扩散,以后体扩散开始起作用,并在YBCO热重曲线的平缓阶段处于主导地位。用热重法研究了BaRE(Cu0.5Fe0.5)2O5+δ（RE=Lu～Pr）样品的氧含量的变化。结果表明仅RE=Pr、Nd、Gd时样品的氧含量随温度和氧分压变化而变化,其它样品的氧含量基本不发生变化。用暂态热重法估算的RE=Pr、Nd、Gd样品的表面反应速率和氧渗透通量比YBCO的明显较低。 用稳态法（色谱分析法）研究了各种厚度的YBCO透氧膜在不同温度下的透氧率。膜的高氧分压侧分别是空气或氧气,低氧分压侧是高纯氦气。研究表明,膜的厚度越薄,测试温度越高,透氧率就越大,1.0mm厚的膜在900℃时的透氧率为3.36×10-7mol/cm2·s。 用稳态法也研究了La替代Y的Y1-xLaxBa2Cu3O7-δ（x=0.1,0.3,0.5,0.8和1.0）、Ca替代Y的Y1-yCayBa2Cu3O7-δ（y=0.1,0.2,0.3和0.4）及简单研究了Co替代Cu、Fe替代Cu和一些双组分同时替代的致密透氧膜的透氧性能。实验发现,透氧速率随着La替代Y的比例x的增加而增加,LaBa2Cu3O7-δ（x=1.0）膜的透氧率在950℃和1000℃分别达到0.92μmol/s·cm2,1.22 μmol/s·cm2;而Ca替代Y的最佳比例则是y=0.2～0.3,y=0.2、y=0.3厚1.0mm的样品透氧率JO2在1000℃分别达到1.223μmol/s·cm2,1.207μmol/s·cm2。在测量过程中随着温度的升高,氧空穴的有序-无序转变导致透氧率有一个突然增加。Co替代Cu、Fe替代Cu的材料透氧性能相比YBCO并没有提高;双组分同时替代的也仅Y0.7Ca0.3BaSrCu3O7-δ的氧渗透性能得到提高,厚为1.66mm的膜在940℃时的透氧率达到了0.797μmol/s·cm2。 本文的研究工作为继续开展这方面的研究积累了丰富的实验技巧和实验数据。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 第一章 引言
  • §1.1 混合导体透氧膜概述
  • §1.2 混合导体透氧膜的种类与研究进展
  • §1.3 混合导体透氧膜的透氧机理与氧透量理论公式
  • §1.3.1 透氧机理
  • §1.3.2 氧透量的理论公式
  • §1.4 混合导体透氧膜的制备与性能表征
  • §1.4.1 混合导体透氧膜的制备方法
  • §1.4.2 混合导体透氧膜的性能表征
  • §1.5 混合导体透氧膜的应用
  • §1.5.1 纯氧制备
  • §1.5.2 膜催化反应器
  • §1.5.3 混合导体膜在POM中的应用
  • §1.6 发展中存在的一些问题
  • 2Cu3O7-δ简介'>§1.7 YBa2Cu3O7-δ简介
  • §1.8 开题思想
  • 2Cu3O7-δ和BaRE（Cu0.5Fe0.5）2O5+δ的透氧性能'>第二章 暂态热重法研究YBa2Cu3O7-δ和BaRE（Cu0.5Fe0.5）2O5+δ的透氧性能
  • 2Cu3O7-δ的透氧性能'>§2.1 暂态热重法研究YBa2Cu3O7-δ的透氧性能
  • §2.1.1 实验
  • §2.1.2 结果与讨论
  • §2.1.3 结论
  • 0.5Fe0.5）2O5δ的透氧性能'>§2.2 暂态热重法研究BaRE（Cu0.5Fe0.5）2O5δ的透氧性能
  • §2.2.1 样品制备
  • §2.2.2 结果与讨论
  • §2.2.3 结论
  • 第三章 稳态法研究YBCO膜的透氧性能
  • §3.1 YBCO透氧膜样品的制备
  • §3.1.1 固态反应法
  • §3.1.2 溶胶--凝胶法
  • §3.1.3 两种制备方法比较
  • §3.2 透氧膜的密封
  • §3.3 YBCO透氧膜的稳态测量实验
  • §3.4 透氧率的测量结果和讨论
  • §3.5 小结
  • 1-xLaxBa2Cu3O7-δ的透氧性能研究'>第四章 Y1-xLaxBa2Cu3O7-δ的透氧性能研究
  • §4.1 实验
  • §4.2 样品的结构
  • §4.3 热重实验结果
  • §4.4 透氧率的测量结果与讨论
  • §4.5 样品的稳定性
  • §4.6 小结
  • 1-xCaxBa2Cu3O7-δ的透氧性能研究'>第五章 Y1-xCaxBa2Cu3O7-δ的透氧性能研究
  • §5.1 样品的制备
  • §5.2 热重实验结果
  • §5.3 透氧率的测量结果与讨论
  • §5.4 其它的一些元素掺杂替代材料的透氧性能
  • §5.4.1 Co替代Cu
  • §5.4.2 Fe替代Cu
  • §5.4.3 Y和Ba双组分同时替代的材料的透氧率测量
  • §5.5 小结
  • 参考文献
  • 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文
  • 致谢

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