活性炭摻雜二氧化鈦的介電研究

　　本文介紹了活性炭與二氧化鈦混合的介電研究TiO 2不同摩爾比壓丸中的介電響應(yīng)研究將樣品置于氮氣和氦氣氛中，并在50個Hz至5MHz從室溫到723K研究復(fù)合材料的電性能。

　　二氧化鈦因其物理化學(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，吸收近紫外線區(qū)域的電磁輻射，化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。由于上述特點，它是*常用的光催化劑，目前用于水凈化過程中有機(jī)分子的降解。它還被用作白色顏料、防腐涂料、氣體傳感器，通常用于陶瓷工業(yè)。該化合物有三個晶相：金紅石（四方結(jié)構(gòu)）、銳鈦礦（八面結(jié)構(gòu)）和板鈦礦（斜方晶結(jié)構(gòu)）。根據(jù)靜電價格原理的要求，每個氧原子由三個八面體共享。對于二氧化鈦摻雜活性炭，已證明活性炭適合作為外部原子，其中摻入3.2eV(純鈦礦)帶隙至2.32eV(碳摻雜相)所需的波長已增加到535納米。因此，與活性炭混合的二氧化鈦比純二氧化鈦更有效。因為這個報告中的活性炭TiO 2的影響基體也預(yù)計會影響材料的介電性能。因此，本文研究了碳雜質(zhì)對氧化鈦電性能的影響，從商業(yè)粉末和不同摩爾分?jǐn)?shù)的活性炭中實現(xiàn)了該復(fù)合材料的電性能。

　　實驗程序

　　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活性炭粉?；瘜W(xué)計量計算已經(jīng)計算并獲得X = 0.09,0.04,0.03和0.摩爾分?jǐn)?shù)02所需的量。過程結(jié)束后，將前體手工浸泡在瑪瑙研缽中約3小時，直至均勻。在室溫下將獲得的化合物壓制成液壓機(jī)中的丸劑形式。分光計中復(fù)合材料的紅外光譜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%)，官能團(tuán)的定性測定使用16次掃描和分辨率為4cm-1。復(fù)雜電阻抗在高溫下的測量適用于管式三區(qū)爐Carbolite TZF該爐可達(dá)1473K的溫度。采集和使用電阻抗數(shù)據(jù)HIOKY 3532-50 LCR HITESTER設(shè)備的頻率范圍為40Hz至5MHz施加的電壓信號為0.5V。將樣品放置在兩個金圓平面電極之間的測量單元中。在50K在兩種不同的氣氛中，氮氣和氦氣的間隔是恒定的流量和0.2psi的壓力，在323K至723K測量之間。*后，通過理論建模軟件Zview2中等效電路和使用電場KWW調(diào)整實驗曲線的衰減函數(shù)。

　　紅外光譜的表征

　　圖1示出了TiO 活性炭中不同摩爾的樣品紅外光譜。3440手動獲得的動獲得的化合物cm -1處譜帶，這與H-OH振動模式應(yīng)力相關(guān)，透射率或紅外吸收碳隨濃度降低而增加。由于活性炭的存在，2908年cm -由于芳香族基團(tuán)的原因，發(fā)現(xiàn)了1處CH鍵形成的譜帶觀察到譜帶通過降低碳含量而急劇下降。1630cm -1帶對應(yīng)于水彎模式。具體來說，1000-400cm-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 -一、可與官能團(tuán)合作Ti-O-Ti和官能團(tuán)Ti-O振動模式相關(guān)。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)。

　　化學(xué)計量學(xué)與活性炭摩爾分?jǐn)?shù)混合TiO313K在溫度下獲得。

　　電阻抗表征復(fù)雜

　　為復(fù)合系統(tǒng)展示奈奎斯特曲線TiO 2.Z“對Z' ，化學(xué)測量與活性炭摩爾分?jǐn)?shù)X = 0.09,0.03和TiO 2混合，不混合到313K溫度在大氣壓下，無惰性氣體。在這個溫度下，典型的阻抗譜由一個非理想的半圓組成，圍繞頻率范圍。由于樣品的體積響應(yīng)，中心位移在實軸上，界面電極/電解質(zhì)上沒有雙層電容效應(yīng)，其特點是低頻時的線性響應(yīng)。用圖2右側(cè)所示的等效電路(連續(xù)曲線)建模觀察到的非理想半圓。電路由電阻引起R，電容C和恒定相元件(CPE)并聯(lián)組成。復(fù)合材料一旦獲得電阻，就可以使用σ獲取樣品的電導(dǎo)率-DC的值0 = d / RAA和d分別是樣品的面積和厚度。表1給出了由提出的等效電路獲得的設(shè)定參數(shù)值。對于獲得的復(fù)合材料，電阻值隨活性炭含量從4開始.40E  08Ω增加到TiO 2.*高碳濃度X = 0.09，為1.69E  07Ω。發(fā)現(xiàn)電容器值為皮法，發(fā)現(xiàn)活性炭濃度變化不大。恒定相元素參數(shù)的P值反映了材料晶格中載流子的分布。

　　結(jié)論

　　活性炭不會添加到獲得的鈦氧化物基體中TiO 振動模式發(fā)生顯著變化。提出的等效電路參數(shù)值表明，隨著氮氣氛中溫度的升高，樣品的電阻值較高，與氦氣氛中樣品的過程相反，這意味著TiO 與活性炭混合，可用作氣體傳感器。同時，KWW模型的β指數(shù)值表明，樣品在氮氣氛中，誘導(dǎo)偶極子的放松過程不利于溫度的升高。復(fù)合材料的介電響應(yīng)結(jié)果表明，氮與陰離子混合，其中氮的陰離子(A)進(jìn)入TiO 取代氧氣在網(wǎng)絡(luò)中形成TiO 2-x Ax。