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系統識別號 U0002-0708200812204600
中文論文名稱 煆燒氣氛對檸檬酸鹽先驅物衍生LaAlO3 成相溫度的影響
英文論文名稱 Effects of atmosphere of calcination on the formation of crystalline LaAlO3 derived from the citrate precursor method
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemical and Materials Engineering
學年度 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 郭于嫚
研究生英文姓名 Yu-Man Kuo
學號 695401512
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-07-09
論文頁數 104頁
口試委員 指導教授-余宣賦
委員-尹庚鳴
委員-張裕祺
委員-余宣賦
中文關鍵字 鋁酸鑭  檸檬酸鹽先驅物法  熱分析 
英文關鍵字 Lanthanum aluminate  Citrate precursor method  Thermal analysis 
學科別分類
中文摘要 本研究以LaAlO3為主,以硝酸鑭及硝酸鋁為起使原料,藉由添加檸檬酸鏊合金屬離子,探討[金屬] / [檸檬酸]比和煆燒氣氛(空氣或氧氣氛)、溫度與時間對金屬檸檬酸鹽先驅物熱解製得結晶LaAlO3奈米粉體的影響。研究中利用熱重分析/熱差分析儀(TGA /DTA)的結果來判別在不同煆燒氣氛下的熱行為,且以傅氏轉換紅外線光譜儀(FT-IR)與X-光線繞射分析(XRD)結果來探討鋁酸鑭的成相過程。並利用掃瞄式電子顯微鏡(SEM)與穿透式電子顯微鏡(TEM)來觀察粉末形態。
當[檸檬酸]/[金屬]=2.25(CA2.25)且不添加氨水的系統中,經過350℃熱處理之後,鑭離子和鋁離子會形成LaAl(OOCH2)3的鍵結,而起始溶液添加氨水則會形成LaAlO3-x(CO3)x(s)。當檸檬酸量的減少[檸檬酸]/[金屬]=0.5 (CA0.5),可降低碳酸根的含量,其熱行為與CA2.25相似;但兩系統皆需煆燒≥ 800℃才能移除殘留的焦碳得到純的LaAlO3。熱處理時,在氧氣氛下可降低結構中的氧空缺,使結晶峰的溫度提前,促使CA0.5 pH7檸檬酸鹽固態先驅物在氧氣氛下550℃ 3小時後即可得結晶的LaAlO3。顯結構分析顯示,不添加氨水時,減少檸檬酸的添加有助於減少塊體凝聚的現象;添加氨水時,檸檬酸過量系統呈現塊狀,且較為緊密,CA0.5則較為鬆散。隨著氨水的添加量增加有助於縮小粉體晶粒尺寸。
英文摘要 The reaction mechanisms for forming pure LaAlO3 from the citrate-precursors, being derived from the aqueous solutions containing La(NO3)3, Al(NO3)3, and C3H4(OH)(COOH)3 in different molar ratio at different pH conditions, and effects of atmosphere、temperature and time of calcination, were investigated using x-ray diffractometry, infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, and differential thermal analysis. The particle size and morphology of LaAlO3 powder were observed using scanning electron microscopy and transmission electron microscopy.
At 350 oC, the lanthanum and aluminum elements were bonded together in forms of LaAl(OOCH2)3 for no NH4OH additions and LaAlO3-x-y(CO3)x(OH)2y for adding NH4OH in the starting solution. The specimen derived using [Citric Acid]/[Metallic ions]=0.5(CA0.5) has less cher formation than those using [Citric Acid]/[Metallic ions]=2.25(CA2.25), and the thermochemical behavior for different citric acid additions are similar. However, calcining the specimens at ≥ 800 oC were required to remove all residual chars in air atmosphere to form pure LaAlO3. When calcined in oxygen the specimens may contain less amount of oxygen vacancies in the structure, which make the citrate-precursor CA0.5 pH7 can form crystalline LaAlO3 at 550℃ for 3hr. From the SEM and TEM observations, the powder obtained by adding NH4OH has a less degree of particle agglomeration than that obtained without NH4OH addition.The grain size of LaAlO3 decrease with the NH4OH additions, for the powder calcined at 900℃ for 3 h.
論文目次 目 錄
頁次
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
目 錄 Ⅲ
圖 目 錄 Ⅴ
表 目 錄 Ⅸ
第一章 緒論 1
第二章 基礎理論與文獻回顧 4
2-1 LaAlO3的基本性質 4
2-2文獻回顧 6
第三章 實驗步驟及方法 15
3-1實驗製程 15
3-1.1實驗所需之試藥...............................................................15
3-1.2實驗步驟...........................................................................15
3-2儀器分析與操作狀態 19
3-2.1熱分析儀 19
3-2.2 X光繞射分析 23
3-2.3傅氏轉換紅外線光譜儀 26
3-2.4掃瞄式電子顯微鏡 28
3-2.5穿透式電子顯微鏡 30
第四章 結果與討論 31
4-1 [檸檬酸] / [金屬離子]=2.25 31
4-1.1不添加NH4OH對合成LaAlO3機制的影響 31
4-1.2 pH值對檸檬酸鹽合成LaAlO3的影響 34
4-2 [檸檬酸]/[金屬離子]比例的影響 43
4-3 [檸檬酸] / [金屬離子]=0.5 48
4-3.1不添加NH4OH對合成LaAlO3機制的影響 48
4-3.2 pH值對檸檬酸鹽合成LaAlO3的影響 50
4-4煆燒氣氛的影響 57
4-5熱處理溫度與時間的影響 77
4-6粉末的顯微結構分析 80
第五章 結論 97
參考文獻 98

圖 目 錄
頁次
圖2-1鈣鈦礦結構 4
圖3-1檸檬酸鏊合法備製LaAlO3粉末的實驗流程圖. 17
圖3-2三種基本熱重量法示意圖 21
圖3-3 DTA的(a)放熱反應測試圖與(b)吸熱反應測試結. 22
圖3-5水分子的三種基本振動模式. 27
圖3-6掃描式電子顯微鏡剖面機構示意圖. 29
圖4-1.1 CA2.25 pH2 TG/DTA分析. 36
圖4-1.2 CA2.25 pH2 不同溫度下 FTIR圖. 37
圖4-1.3 CA2.25 pH2 不同溫度下 XRD圖…38
圖4-1.4 CA2.25 不同pH值 TG/DTA分析. 39
圖4-1.5 CA2.25 pH=9時不同熱處理溫度的IR圖 40
圖4-1.6 CA2.25 pH=9時不同熱處理溫度的XRD圖. 41
圖4-2.1(a) CA2.25 不同pH值 煆燒600℃ 9小時 IR圖 45
圖4-2.1(b) CA2.25 不同pH值 煆燒600℃ 9小時 XRD圖 45
圖4-2.2(a) CA1 不同pH值 煆燒600℃ 9小時 IR圖 46
圖4-2.2(b) CA1 不同pH值 煆燒600℃ 9小時 XRD圖 46
圖4-2.3(a) CA0.5 不同pH值 煆燒600℃ 9小時 IR圖 47
圖4-2.3(b) CA0.5 不同pH值 煆燒600℃ 9小時 XRD圖 47
圖4-3.1 CA0.5 pH2 TG/DTA分析 52
圖4-3.2 CA0.5 pH2加熱處理後之IR圖 53
圖4-3.3 CA0.5 不同pH值之溶液狀態 54
圖4-3.4 CA0.5 不同pH值前驅物粉體IR圖 55
圖4-3.5 CA0.5 不同pH值 TG/DTA分析 56
圖4-4.1 CA0.5 pH7固態先驅物在空氣氣氛與氧氣氣氛下煆燒 600℃ XRD圖 61
圖4-4.2 (a) CA2.25 pH2 空氣氣氛與氧氣氣氛下 TG/DTA分析 62
圖4-4.2 (b) CA2.25 pH7 空氣氣氛與氧氣氣氛下 TG/DTA分析 63
圖4-4.2 (c) CA2.25 pH9 空氣氣氛與氧氣氣氛下 TG/DTA分析 64
圖4-4.2 (d) CA0.5 pH2 空氣氣氛與氧氣氣氛下 TG/DTA分析 65
圖4-4.2 (e) CA0.5 pH7 空氣氣氛與氧氣氣氛下 TG/DTA分析 66
圖4-4.2 (f) CA2.25 pH9 空氣氣氛與氧氣氣氛下 TG/DTA分析 67
圖4-4.3 CA0.5 pH7空氣氣氛與氧氣氣氛下不同熱處理溫度 IR圖 68
圖4-4.4 CA0.5 pH7空氣氣氛與氧氣氣氛下煆燒粉體之XRD圖 69
圖4-4.5 CA0.5 pH7空氣氣氛與氧氣氣氛下煆燒粉體之IR圖 70
圖4-4.6 不同檸檬酸添加量,在氧氣氛下煆燒 XRD圖 71


圖4-4.7(a) CA2.25不同pH值 空氣氣氛與氧氣氣氛下煆燒900℃ 3小時 XRD圖 72
圖4-4.7 (b) CA2.25不同pH值 空氣氣氛與氧氣氣氛下煆燒900℃
3小時 IR圖………..…………………………………………73
圖4-4.8(a) CA0.5不同pH值 空氣氣氛與氧氣氣氛下煆燒900℃ 3小時 XRD圖 74
圖4-4.8(b) CA2.25不同pH值 空氣氣氛與氧氣氣氛下煆燒900℃ 3小時 IR圖 75
圖4-4.9改變檸檬酸的比在空氣氣氛與氧氣氣氛下煆燒900℃ 3小時,其晶粒尺寸對氨水添加量之影響 76
圖4-5.1 CA0.5 pH7在氧氣氛下煆燒 XRD圖 78
圖4-5.2 CA0.5 pH7在氧氣氛下煆燒 IR圖 79
圖4-6.1 不添加氨水時 (pH2) 不同檸檬酸比在氧氣氛煆燒900℃ 持溫3小時後所得粉體的SEM圖,放大倍率為5,000 84
圖4-6.2 不添加氨水時 (pH2) 不同檸檬酸比在氧氣氛煆燒900℃ 持溫3小時後所得粉體的SEM圖,放大倍率為50,000 84
圖4-6.3 CA2.25添加氨水在氧氣氛煆燒900℃持溫3小時後所得 粉體的SEM圖,放大倍率為5,000 85


圖4-6.4 CA2.25添加氨水在氧氣氛煆燒900℃持溫3小時後所得 粉體的SEM圖,放大倍率為50,000 85
圖4-6.5 CA0.5添加氨水在氧氣氛煆燒900℃持溫3小時後所得 粉體的SEM圖,放大倍率為5,000 86
圖4-6.6 CA0.5添加氨水在氧氣氛煆燒900℃持溫3小時後所得 粉體的SEM圖,放大倍率為50,000 86
圖4-6.7 CA0.5 pH7在氧氣氛煆燒不同溫度的SEM圖, 放大倍率為5,000 87
圖4-6.8 CA0.5 pH7在氧氣氛煆燒不同溫度的SEM圖, 放大倍率為50,000 88
圖4-6.9 CA0.5 pH7在空氣氛煆燒900℃ 3小時不同放大倍率的 SEM圖 89
圖4-6.10 CA2.25不同pH值下 氧氣氣氛煆燒900℃ 3小時 TEM圖 92
圖4-6.11 CA2.25不同pH值下 空氣氣氛煆燒900℃ 3小時 TEM圖 93
圖4-6.12 CA0.5不同pH值下 氧氣氣氛煆燒900℃ 3小時 TEM圖 94


圖4-6.13 CA0.5不同pH值下 空氣氣氛煆燒900℃ 3小時 TEM圖 95
圖4-6.14 CA0.5 pH7在氧氣氛下煆燒3小時之溫度對粒徑關係圖
96
表 目 錄
頁次
表1-1微波介電材料特性影響 2
表3-1實驗所需試藥. 15
表3-2儀器分析目的及操作狀態 18
表3-3 XRD應用所提供相對應資訊 25
表3-4光區與相對應之波長範圍. 26
表4-1檸檬酸鹽先驅物粉體經加熱後所測量到的值與重量的變化 的計算 42

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