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钐掺杂氧化锌陶瓷的晶体结构和电磁特性

以ZnO,Sm2O3粉体为原料,采用常压固相烧结法,通过优化烧结工艺,制备出平整、组织均匀、致密的Zn1-xSmxO(x=0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)陶瓷样品.多晶X射线衍射分析结果表明:当Sm2O3的掺杂量x≥0.04时,过量或堆积的Sm与ZnO结合生成了锌钐尖晶石相ZnSm2O4.特别研究了样品Zn0.97Sm0.03O的表面形貌与成型压力之间的关系和晶粒尺寸、相对密度、电阻率随烧结温度的变化关系.结果表明:

第 l 4卷第 2期 21 0 1年 5月

扬州大学学报(自然科学版 ) J u n l n z u Unv r iy( t rlS in eEdto o r a Ya g ho iest Na u a ce c iin) of

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钐掺杂氧化锌陶瓷的晶体结构和电磁特性 刘振华,何军辉,刘宝琴,张春伟,王书昶,刘丽军,曹永珍 (州大学物理科学与技术学院,江苏扬州 2 5 0 )扬 2 0 2

要:以 Z O,S。粉体为原料,用常压固相烧结法,通过优化烧结工艺,备出平整、织均匀、 n mO采制组

致密的 Z m (一0 0,0 0, . 3 . 4 . 5陶瓷样品.多晶 x射线衍射分析结果表明:当 n一S O z . 1 . 2 0 0,0 0,0 0 ) S O m。的掺杂量 z O 0≥ . 4时,量或堆积的 S与 Z O结合生成了锌钐尖品石相 Z S ).特别研究了过 m n nm(

样品 Z。 m。的表面形貌与成型压力之间的关系和晶粒尺寸、对密度、阻率随烧结温度的变化关 n。S O相电 系.结果表明:型压力为 5 MP成 a时样品缺陷最少,当烧结温度为 13 0。,四探针测试仪测得样品 0 C时用

电阻率的最小值为 4 7× 1 n m,阿基米德排水法测得样品的相对密度超过 9;用振动样品磁 .8 O c用 5 强计 ( M)量陶瓷样品磁化强度与磁场强度之间的关系,明样品在室温下均呈现顺磁行为 . VS测表 关键词:化锌陶瓷;杂陶瓷;固相烧结;电磁性质氧掺中图分类号: 7 . O424文献标志码: A文章编号:1 0—8 4 2 1 ) 2— 0 0 5 0 7 2 X( 0 1 0 0 3—0

在诸多的半导体材料中,以氧化锌为基础材料制作的光电器件是很有发展潜力的.1近年来, 1 人们已经研制出各种器件,如紫外线探测器[、=肖特基二极管、光二极管阵列【 4]]发阳等.在此基础上通过掺杂可以调节器件的光、、电磁等性质,而为其实际应用创造了有效条件.通常用来掺杂的是从

第Ⅲ,,Ⅵ族元素,如 A1 a n S, b和 S等.7由于氧化锌材料在光学、Ⅳ V,,G,I,

n S 1 电学、学等方面磁 的潜在应用价值,因此利用稀土元素 ( E,, y E,T 作为氧化锌陶瓷掺杂元素的研究如 u Tb D, r m)也备受关注.钐是稀土元素中的一个重要成员,到目前为止,关 S但有 m件掺杂 Z O电磁特性方面 n的报道还极少.1本研究拟以传统陶瓷的制备工艺为基础,化工艺流程,从粉末成型、结 T艺曲 _] o优烧 线、杂量、掺电磁特性等方面对钐掺杂氧化锌陶瓷进行深入探讨 .

1实验部分 采用传统固相烧结工艺制备了 Z S 0( n m z一0 0,0 0, . 3 0 0, . 5陶瓷样品.将 . 1 . 2 0 0, .4 0 0 )一9 . 9的 Z O粉体 (自国药集团化学试剂有限公司,平均粒径 1 0 a、=9 . 9的 9 9 n购 . 4/ m)叫= 9 9= S O粉体 (自国药集团化学试剂有限公司,均粒径 2 8 m)按化学计量配比称取原料,将 m。购平 .5再

原料和无水乙醇按体积比为 2: 3的比例混合,置于含玛瑙球的球磨机上湿磨 1,然后预合成 2h 1; 0h预合成后再次充分球磨 2,采用 F 4 4h w一 A粉末压片机进行成型,压成直径为 2 0mm、厚度为

3mm的坯体;所得坯体采用常压、气烧结方式,于 KS 7 0型高温箱式电阻炉中,在 8 0 空 L 10X 0~ 15 0℃区间每问隔 1 0 0 0 C进行 1次烧结实验. 利用 D VANC 8AD E型转靶多晶 X射线衍射仪 ( u靶,= 0 1 40 m,国布鲁克 AX C = . 5 6n德= S公司 )所得产物进行物相分析;用日本 Hi c iS 4 0场发射扫描电子显微镜 ( E E,对 t h一8 0 a FSM J M一 6 0 v分析样品的形貌;日本 NAP ON R一0 R一 S 50 L )用 S T 7/ G 7型四探针测试仪测量陶瓷样品的电阻率; E用 V7型振动样品磁强计 (国 AD美 E公司)测量样品室温下的磁化强度和磁场强度 .

收稿日期: O 0—1—0 21 0 9

基金项目:苏省科技支撑计划资助项目( E 0 90 )江 B 20 1 6 *联系人,E mal j h@y u e u c — i h e z.d .n:

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