稀土元素掺杂对氧化钨有什么作用？

稀土元素掺杂对氧化钨有什么作用？

稀土元素掺杂对氧化钨具有多重作用，这些作用主要体现在以下几个方面：

一、影响微结构和相结构

晶粒生长

稀土元素的掺杂可以显著影响氧化钨的晶粒生长。例如，钇（Y）和镱（Yb）的掺杂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会对晶粒的生长产生影响，通常偏析在晶界处的掺杂物会限制晶粒的进一步生长。

相结构变化

稀土掺杂能明显抑制三斜相氧化钨的生成，有助于氧化钨的单相化。这种单相化结构有助于改善氧化钨陶瓷在高电场下的电学稳定性。

二、改善电学性质

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。这表明氧化钨在低电压领域具有较好的应用前景。

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

稀土掺杂能在不同程度上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、提升光催化性能

带隙调整

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。这有助于氧化钨在可见光区域具有更好的光吸收性能，从而增强光催化性能。

光生电子-空穴对分离

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。这进一步促进了光催化反应的进行，提高了光催化效率。

具体稀土元素的作用

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良好的光催化性能。

四、其他作用

氢还原过程影响

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性

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。因此，在实际应用中需要根据具体需求选择合适的稀土元素和掺杂浓度。

稀土元素掺杂对氧化钨具有多重作用，包括影响微结构和相结构、改善电学性质、提升光催化性能以及其他方面的作用。这些作用使得稀土掺杂氧化钨在多个领域具有广泛的应用前景和潜在价值。

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