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活性炭摻雜二氧化鈦的介電研究
文章作者:韓研網(wǎng)絡(luò)部 更新時(shí)間:2017-11-27 14:56:31

  活性炭摻雜二氧化鈦的介電研究,本文介紹了活性炭摻雜TiO 2在不同摩爾比的壓丸中的介電響應(yīng)研究,通過(guò)將樣品置于氮?dú)夂秃鈿夥罩胁⒃?0Hz至5MHz的頻率間隔和從室溫至723K的復(fù)阻抗譜中進(jìn)行研究來(lái)獲得復(fù)合材料的電性能。

  二氧化鈦由于其物理化學(xué)性質(zhì)而被廣泛研究,使其成為各種應(yīng)用的合適材料(。它是一種光敏半導(dǎo)體,吸收近紫外區(qū)域的電磁輻射,化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。由于上述特點(diǎn),它是最常用的光催化劑,目前它被用作水凈化過(guò)程中有機(jī)分子的降解。它也用作分散性能的白色顏料,防腐涂料,氣體傳感器,一般在陶瓷工業(yè)中使用。該化合物具有金紅石(四方結(jié)構(gòu)),銳鈦礦(八面體結(jié)構(gòu)),板鈦礦(斜方晶系結(jié)構(gòu))三種結(jié)晶相,根據(jù)靜電價(jià)原理的要求,每個(gè)氧原子由三個(gè)八面體共享。對(duì)于二氧化鈦摻雜活性炭來(lái)說(shuō),已經(jīng)證明活性炭適合作為外部原子,其中摻入具有3.2eV(純銳鈦礦)的帶隙至2.32eV(碳摻雜相)的降低的帶隙,其中激發(fā)所需的波長(zhǎng)已經(jīng)增加至535納米。因此,與活性炭混合的二氧化鈦比純二氧化鈦具有顯著更高的有效性。由于這種報(bào)導(dǎo)的活性炭對(duì)TiO 2的影響基體,也有望影響材料的介電性能,因此,本文研究了碳雜質(zhì)對(duì)氧化鈦電性能的影響,為此實(shí)現(xiàn)了這種復(fù)合材料的電性能使用復(fù)阻抗譜技術(shù)從商業(yè)粉末和不同摩爾分?jǐn)?shù)的活性炭獲得的壓制丸粒的形式。

  實(shí)驗(yàn)程序

  為了制備與活性炭樣品混合的TiO 2,使用TiO 2純度為99.5%的銳鈦礦相,粒徑為21nm的活性炭粉。還已經(jīng)計(jì)算了使用化學(xué)計(jì)量計(jì)算獲得X = 0.09,0.04,0.03和0.02的摩爾分?jǐn)?shù)所需的各自的量。在此過(guò)程之后,將前體通過(guò)手工在瑪瑙研缽中浸軟約三小時(shí),直到獲得均勻性。將獲得的化合物在室溫下壓制成液壓機(jī)中的丸劑形式。復(fù)合材料的紅外光譜在分光計(jì)FTIR標(biāo)記Shimadzu Prestige 21上用含有樣品和KBr作為粘合劑的透明片劑(90重量%)進(jìn)行,存在官能團(tuán)的定性測(cè)定使用多次16次掃描和分辨率為4厘米-1。高溫下復(fù)雜電阻抗的測(cè)量是在一個(gè)適合于管式三區(qū)爐Carbolite TZF的測(cè)量池中進(jìn)行的,該爐可以達(dá)到高達(dá)1473K的溫度。對(duì)于電阻抗的數(shù)據(jù)采集使用HIOKY 3532-50 LCR HITESTER設(shè)備,頻率范圍在40Hz至5MHz之間,施加的電壓信號(hào)為0.5V。將樣品放置在金的兩個(gè)圓形平面電極之間的測(cè)量單元中。在50K的間隔下,在兩個(gè)不同的氣氛氮?dú)夂秃庵,以恒定的流量?.2psi的壓力,在323K至723K之間進(jìn)行測(cè)量。最后,通過(guò)理論建模軟件Zview2中的等效電路和使用電場(chǎng)KWW的衰減函數(shù)來(lái)獲得對(duì)實(shí)驗(yàn)曲線的調(diào)整。

  紅外光譜的表征

  圖1示出了TiO 2的樣品的紅外光譜在活性炭的不同摩爾分?jǐn)?shù)。對(duì)于浸軟的手動(dòng)獲得的化合物,譜圖顯示在3440cm -1處的譜帶,這與H-OH振動(dòng)模式應(yīng)力相關(guān)聯(lián),并且透射率或紅外吸收碳隨著濃度的降低而增加。由于活性炭的存在,在2908cm -1處發(fā)現(xiàn)了由于芳香族基團(tuán)的CH鍵而形成的譜帶,觀察到該譜帶通過(guò)降低碳含量而急劇下降。1630cm -1處的帶對(duì)應(yīng)于水彎曲模式。具體看1000到400厘米-1寬帶被定義為活性碳含量增加。該區(qū)域的特征譜帶位于680 cm -1處,可與官能團(tuán)Ti-O-Ti和官能團(tuán)Ti-O的振動(dòng)模式相關(guān)聯(lián)。通常,在圖1中觀察到強(qiáng)度隨著活性炭含量的降低而增加,這表明在低的碳摩爾分?jǐn)?shù)下各種結(jié)合的形成更強(qiáng)。

  表1化學(xué)計(jì)量學(xué)與活性炭摩爾分?jǐn)?shù)混合的TiO2的等效電路的參數(shù)值,在313K的溫度下獲得。

濃度 R1(MΩ)±0.02 CP1-T CP1-P C1(PF)±0.02
X = 0,09 1.69E + 07 6.94E-11 0.73 4.72E-12
X = 0.03 2.25E + 07 2.73E-10 0.55 3.87E-12
TiO 2 4.40E + 08 7.70E-11 0.64 9.41E-12

  復(fù)雜的電阻抗表征

  圖2顯示了奈奎斯特曲線,對(duì)于復(fù)合體系TiO 2的阻抗行為,Z“對(duì)Z' ,化學(xué)計(jì)量地與活性炭摩爾分?jǐn)?shù)X = 0.09,0.03和TiO 2混合,未摻雜到313K的溫度在大氣壓下并且沒(méi)有惰性氣體。在此溫度下,典型的阻抗譜由一個(gè)圍繞頻率范圍的非理想的半圓組成,由于樣品的體積響應(yīng),其中心在實(shí)軸上位移,并且沒(méi)有顯示界面電極/電解質(zhì)上的雙層電容效應(yīng),其特征在于低頻時(shí)的線性響應(yīng)。觀察到的非理想半圓使用圖2右側(cè)所示的等效電路(連續(xù)曲線)建模。該電路由電阻R,電容C和恒定相元件(CPE)并聯(lián)組成。一旦獲得該復(fù)合材料的電阻,能夠使用σ來(lái)獲得樣品的電導(dǎo)率-DC的值0 = d / RA方程,其中A和d分別是面積和樣品的厚度。表1給出了由所提出的等效電路獲得的設(shè)定參數(shù)的值。對(duì)于獲得的復(fù)合材料來(lái)說(shuō),電阻值隨著活性炭含量從4.40E +08Ω增加到TiO 2,對(duì)于最高碳濃度X = 0.09,為1.69E +07Ω。發(fā)現(xiàn)電容器的值為皮法,并且發(fā)現(xiàn)活性炭的濃度沒(méi)有可觀的變化。恒定相元素參數(shù)的P值反映了弛豫時(shí)間的分布,這與材料晶格中載流子的相關(guān)現(xiàn)象有關(guān)。

  結(jié)論

  在所獲得的鈦氧化物的基體中加入活性炭不會(huì)在TiO 2的振動(dòng)模式中產(chǎn)生顯著的變化。所提出的等效電路參數(shù)的數(shù)值表明,在氮?dú)夥障聵悠冯S著溫度的升高呈現(xiàn)出較高的電阻值,與在氦氣氛下樣品呈現(xiàn)的過(guò)程相反,這意味著TiO 2與活性炭混合,可用作氣體傳感器。同時(shí),KWW模型的β指數(shù)值表明,樣品在氮?dú)鈿夥障,誘導(dǎo)偶極子的弛豫過(guò)程不利于溫度的升高。所研究的復(fù)合材料的介電響應(yīng)的結(jié)果表明氮產(chǎn)生陰離子摻雜,其中氮的陰離子(A)進(jìn)入TiO 2網(wǎng)絡(luò)中以取代氧并形成TiO 2-x Ax。

文章標(biāo)簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質(zhì)活性炭,木質(zhì)活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.

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