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,通過將樣品置于氮氣和氦氣氣氛中并在50Hz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，它是最常用的光催化劑，目前它被用作水凈化過程中有機分子的降解。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來說，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。由于這種報導(dǎo)的活性炭對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)對氧化鈦電性能的影響，為此實現(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的活性炭粉。還已經(jīng)計算了使用化學(xué)計量計算獲得X = 0.09,0.04,0.03和0.02的摩爾分?jǐn)?shù)所需的各自的量。在此過程之后，將前體通過手工在瑪瑙研缽中浸軟約三小時，直到獲得均勻性。將獲得的化合物在室溫下壓制成液壓機中的丸劑形式。復(fù)合材料的紅外光譜在分光計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，存在官能團的定性測定使用多次16次掃描和分辨率為4厘米-1。高溫下復(fù)雜電阻抗的測量是在一個適合于管式三區(qū)爐Carbolite TZF的測量池中進(jìn)行的，該爐可以達(dá)到高達(dá)1473K的溫度。對于電阻抗的數(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，施加的電壓信號為0.5V。將樣品放置在金的兩個圓形平面電極之間的測量單元中。在50K的間隔下，在兩個不同的氣氛氮氣和氦氣中，以恒定的流量和0.2psi的壓力，在323K至723K之間進(jìn)行測量。最后，通過理論建模軟件Zview2中的等效電路和使用電場KWW的衰減函數(shù)來獲得對實驗曲線的調(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)。對于浸軟的手動獲得的化合物，譜圖顯示在3440cm -1處的譜帶，這與H-OH振動模式應(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)了由于芳香族基團的CH鍵而形成的譜帶，觀察到該譜帶通過降低碳含量而急劇下降。1630cm -1處的帶對應(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Ti-O-Ti和官能團Ti-O的振動模式相關(guān)聯(lián)。通常，在圖1中觀察到強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。

　　表1化學(xué)計量學(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。

　　復(fù)雜的電阻抗表征

　　圖2顯示了奈奎斯特曲線，對于復(fù)合體系TiO 2的阻抗行為，Z“對Z' ，化學(xué)計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有惰性氣體。在此溫度下，典型的阻抗譜由一個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)，其中心在實軸上位移，并且沒有顯示界面電極/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。對于獲得的復(fù)合材料來說，電阻值隨著活性炭含量從4.40E +08Ω增加到TiO 2，對于最高碳濃度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)活性炭的濃度沒有可觀的變化。恒定相元素參數(shù)的P值反映了弛豫時間的分布，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在TiO 2的振動模式中產(chǎn)生顯著的變化。所提出的等效電路參數(shù)的數(shù)值表明，在氮氣氛下樣品隨著溫度的升高呈現(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，KWW模型的β指數(shù)值表明，樣品在氮氣氣氛下，誘導(dǎo)偶極子的弛豫過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。

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