实验原理

目前制备镧锶钴铁粉体的各种方法可分为固相反应法、液相法和气相沉积法。

其中液相法有共沉淀法、水热法、溶胶凝胶法等。这些方法各有其特点，但也存在一些不足。其中共沉淀法一般是以镧、锶、钴、铁的硝酸盐为原料，在盐溶液中加入碱性材料等沉淀剂，得到氢氧化物沉淀，再经过滤、洗涤、干燥、煅烧、研磨得到LSCF粉体。这种方法简单易行，可制得粒度小、成分较易控制的多组分纳米粉末，不足之处是制得的粉体往往存在较多的硬团聚体，导致需要提高后期烧结温度和制品的力学性能。通过加入分散剂并控制温度，在乙醇中陈化，可解决粉体的团聚问题，制备出低温可烧结的纳米镧锶钴铁粉体，但这提高了工艺的复杂程度。水热法一般以无机或有机化合物为原料，在水热釜中加热反应，可制得粒径小、高分散的镧锶钴铁粉体，不足之处是制备条件较苛刻，成本较高，产量较低。溶胶凝胶法使用金属盐的有机化合物为原料，经过溶胶凝胶制备过程，再高温反应制得所需材料，其中也存在原料价格较高、水解法反应时间长、产率较低、难以大规模生产等缺陷。气相沉积法可生产高质量晶体的LSCF薄膜材料，但所使用的原料价格较高，组分控制有一定难度，需要高纯的原材料以及昂贵的设备，然而产量却相对较低。

采用固相法合成LSCF，工艺相对简单，原料利用率高，可以减少原材料的消耗和对环境的污染。La2O3、Co2O3、SrCO3、Fe2O3固体粉末混合物原料在高温有氧条件下发生反应，即可生成LSCF。以La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3- δ 为例，其主要反应通式可以简写为

反应过程会伴有质量和热量的变化，利用热重分析(TGA)和差热分析(DTA)可得TGDTA数据，被测试样(简称试样）材料在加热或冷却过程中，会发生一些物理化学反应，同时伴随着热效应和质量等方面的变化，这就是热分析技术的基础。这些分析包括以下内容。

1.热重分析

将装好试样的坩埚放到天平一臂上方的样品座上，利用电炉对其加热，如果试样在某一温度、气氛下由于吸附、解吸、脱水、升华、化合、分解等原因而出现重量变化时，利用光电位移传感器及时检测出天平失衡信号、热重测量系统自动改变平衡线圈中的平衡电流，使天平恢复平衡，平衡线圈中的电流变化量正比于试样质量变化量，将此电流变化量利用记录仪记录下来，即可得到热重曲线。

2.差热分析

随着温度的升高，物质在特定的温度、气氛下可能会发生吸附、解吸、脱水、升华、化合、分解、相变等现象，并且这些现象通常伴随有焓的改变。在实验相关的温度区域内不发生上述变化的物质，可以在差热分析中被用作参比物(简称参样）。将试样与参样置于电炉的均温区内，同时以相同的条件升温或降温，当试样发生上述变化时，会在试样与参样之间形成微小的温度差，利用差热电偶可以得到由于这一温度差形成的差热电势，将此差热电势经微伏级电流放大器放大后送入记录仪即可得到差热曲线。

通过TGA和DTA可得TG-DTA数据，用于研究物质的吸附、解吸、脱水、升华、化合、分解、相变等现象，对物质作鉴别分析、组织分析、热参数测定以及动力学参数测定等。

通过热重测量和差热分析进行表征，可以对固相合成在烧结时需要的合成条件做出指导。

差热分析一般由加热炉及温度控制系统、样品支持器、热电偶和记录系统构成，如图15.1所示。

图15.1 差热分析仪原理图