介质阻挡层材料的制备及其在放电等离子体法分解CO2中的应用

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bitdefender2009
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本课题制备了三种玻璃粉体:钙硼硅玻璃(CaO·B2O3·SiO2),钙硼锶玻璃(CaO·B2O3·SrO)以及钙硼铋玻璃(CaO·B2O3·Bi2O3),并利用液相辅助烧结原理将三种玻璃粉体均按照0.5wt%,1wt%和5wt%的量添加到钛酸锶钙(Ca0.8Sr0.2TiO3, CST)陶瓷基体中,制备了九种不同的钙钛矿型陶瓷材料。研究结果表明,引入上述低熔点玻璃后, CST陶瓷的致密度和宏观介电性能有明显改善。成功地将陶瓷材料的烧结温度由1400°C降到了1180°C,制备所得材料的介电常数在200到300之间,介电损耗维持在10-3数量级,击穿场强均达到了20kV/mm,能很好地满足介质阻挡放电应用的需要。将以上制备的九种材料作为阻挡层介质放置到自制的反应器中,以N2作辅助气进行介质阻挡放电分解CO2实验,考察材料对CO2转化率和能量利用效率的影响。实验采用的工艺条件为:常温常压、进气比率为N2:CO2=9:1、总气流量为300ml/min、放电间隙1mm、放电电压50V和电源频率6.5kHz。结果发现,虽然阻挡层材料之间介电常数相差不大,但CO2转化率以及能量利用效率却差别很大。九种材料中,添加钙硼铋玻璃5wt%的CST材料做阻挡层时,CO2的转化率超过60%、能量利用效率提高到了5.6%/W,而且实验过程中材料表面没有产生积碳。通过对陶瓷的阻抗谱的测试结果分析,认为材料微观结构中的晶粒电阻和晶界电容对放电效果、以及CO2分解有很大的影响,高的晶界电容有利于捕获大量的电荷,而较低的晶界电阻可以快速地传输电荷,从而可以产生电子密度大且均匀的等离子体,进而可高效地分解CO2。另外,阻抗谱的测试结果也证明了介质材料内部的载流子以氧空位为主,大量氧空位的存在使得材料的表面电阻比较低,有利于电子在材料表面的传导。
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