利用硝酸溶液法製備多元高熵氧化物及其電性之研究

On the conductivity of high-entropy oxides prepared by nitrate solution method

葉冠成(Kuan-Cheng Yeh)

指導教授 ： 甘炯耀 ； 葉均蔚

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2006年)

摘要

本研究首度探討10元及11元高熵合金氧化物的結構及電性，以期能開發具高溫超導的新材料，以硝酸鹽溶液法及粉末確認可成功配製傳統高溫超導氧化物Y1Ba2Cu3O6.948及Bi2Sr2Ca1Cu2O8後，即以同樣的製程配製更多元的高熵合金氧化物。所設計的組成分為三個系統，即AETCu3Ox、AESCu3Ox及AEHCu3Ox，其中A為等莫耳鹼金屬Li、Na及K；E為等莫耳鹼土金屬Mg、Ca、Sr及Ba；T為等莫耳過渡金屬Fe、Co及Ni；S為等莫耳Bi及Pb；H為等莫耳Mg及Zn。每一系統又分為四種配比，如A1E1T1、A2E1T1、A1E2T1及A1E1T2，故共計12種氧化物。
結果顯示本實驗氧化物之平衡結晶相為2~3個，遠低於Gibbs phase rule所預測的最大相數，每一個相的組成皆為多元，但溶入比例有所差異，由於許多相屬於鈣鈦礦晶體結構，顯示鈣鈦礦結構對多元離子的溶入性很高，高熵效應對此簡單固溶相的形成扮演重要角色。
本實驗氧化物皆呈現半導體特性，推論其具有適當的能隙，且由於多元離子的摻雜，提供許多額外能階及增加載子濃度。在缺氧的Ar氣氛下燒結，除了AESCu3Ox系統氧化物電阻率比大氣燒結者低外，其餘皆反而較高。若加石墨坩鍋強還原性燒結，則除使A1E1T2Cu3Ox系統氧化物電阻率提升外，其餘含Bi、Pb及Cu者皆有被還原出金屬的現象。此結果因而指出降低電阻率的方向，即AESCu3Ox需缺氧燒結，另兩種應加氧燒結。
雖然本研究尚未能作出高溫超導新材料，但由所呈現的半導體行為，相信再透過配比摻雜及氣氛燒結的改進，仍很有機會使半導體態轉為超導態。

關鍵字

高熵合金氧化物 ； 硝酸溶液法 ； 高溫超導氧化物