铁酸镧B位掺Mn/Co/Cr试样的红外辐射性能与机理

更新时间:2023-05-28

【摘要】采用高温固相烧结法制备了粉体材料LaFe O3、LaFe0.75Co0.25O3、LaFe0.75Cr0.25O3和La Fe0.75Mn0.25O3,通过XRD、FTIR、SEM、XPS等检测手段对材料进行表征,同时运用CASTEP模块模拟计算了材料的电子能带结构和光学性质。实验结果表明:掺入Mn/Cr/Co离子后晶格发生畸变,晶格对称性降低。Mn/Cr/Co掺杂后的粉体材料在近中红外波段发射率排序为:掺Mn>掺Co>掺Cr>纯LaFeO3,其中掺Mn在0.2～2.5μm波段为0.8722,2.5～5μm波段为0.6755,远大于纯La Fe O3的发射率（近中红外波段发射率均为0.5左右）。发射率提升的机理在于:Mn掺杂后,引入了Mn3+杂质能级,产生了激活能小的Mn3+?Mn4+跳跃小极化子,电子-氧空位载流子吸收亦增强,同时体系的晶格畸变导致振动吸收加剧。第一性原理计算结果表明掺杂Mn/Cr/Co材料的禁带宽度分别0.793e V、2.406e V、1.722e V均小于纯LaFeO3的3.817eV,结合态密度计算结果分析其原因,主要Mn3d、Cr3d、Co3d轨道与O2p轨道杂化形成杂质能级,同时Mn3d、Cr3d、Co3d在导带也存在态密度峰,且峰的位置都比LaFeO3峰更靠近费米能级,作为新的导带底相当于缩短了价带顶到导带底之间的间隙宽度。La Fe0.75Mn0.25O3材料在近中红外波段的优异辐射性能表现,可作为耐高温抗氧化高发射率材料在高温热工炉窑具有潜在应用前景。

【关键词】 钙钛矿 掺杂 红外发射率 禁带宽度 红外辐射材料

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