稀土元素掺杂对氧化钨有什么影响?

稀土元素掺杂对氧化钨有什么影响?

稀土元素掺杂对氧化钨具有多方面的影响，这些影响涵盖了材料的微结构、相结构、电学性质、光催化性能等多个方面。以下是对这些影响的详细归纳：

一、对微结构和相结构的影响

晶粒生长

稀土元素的掺杂可以显著影响氧化钨晶粒的生长。例如，钇（Y）和镱（Yb）的掺杂在一定条件下可以抑制晶粒的生长，而镝（Dy）和镧（La）的掺杂则可能促进晶粒的生长。稀土元素在晶界处的偏析也可能对晶粒的生长产生影响。

相结构

稀土掺杂能明显抑制三斜相氧化钨的生成，使氧化钨单相化。这有助于改善氧化钨陶瓷在高电场下的电学稳定性。

二、对电学性质的影响

电学稳定性

稀土掺杂能减小耗尽层中的离子迁移，使得样品在低电场下也具有稳定的电学性质。

压敏电压和势垒电压

稀土掺杂的氧化钨陶瓷具有低的压敏电压和势垒电压，因此特别适合于低压压敏电阻。

介电常数

稀土掺杂在不同程度上可以提高氧化钨的介电常数，大约可以提高1个数量级。这使得氧化钨更适合用于电容-压敏双功能材料。

三、对光催化性能的影响

带隙变化

稀土元素掺杂能够改变氧化钨的晶体结构和电子结构，有效地降低其带隙，从而增强了其在可见光区域的光催化性能。

光生电子-空穴对分离率

稀土掺杂能提高光生电子-空穴对的分离率，增加光催化反应活性位点密度，进一步促进光催化反应的进行。

具体稀土元素的影响

例如，掺入铈（Ce）元素的氧化钨薄膜在可见光区域的光催化活性明显提高。

掺杂铕（Eu）元素能够提高钨氧化物的导电性和光催化性能。

掺杂钆（Gd）元素的氧化钨薄膜也表现出了很好的光催化性能。

四、其他影响

氢还原过程

在氧化钨氢还原过程中，添加适量稀土元素（如La或Y）可以影响钨粉的形貌和粒度。例如，可以使钨粉的形貌由准球形变为规则的多面体，并抑制钨粉颗粒的长大。

掺杂浓度和元素的选择

稀土元素的掺杂浓度和种类对氧化钨的性能有显著影响。不同的稀土元素和浓度可能会导致材料性能的大幅变化。

稀土元素掺杂对氧化钨的影响是多方面的，包括微结构、相结构、电学性质、光催化性能等多个方面。这些影响为氧化钨材料在各个领域的应用提供了更多的可能性和优化空间。

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