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P型透明導電性酸化物の速度論・平衡論的安定性

机译:P型透明导电性酸化物の速度论・平衡论的安定性

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摘要

p型透明導電性酸化物,CuAlO_2,CuGaO_2およびSrCu_2O_2について高温での速度論的安定性および平衡論的安定性を熱天秤・Ⅹ線回折測定および熱力学計算により評価した。空気中,高温ではCuが酸化されCuOとCuM_2O_4(M:Al,Ga)およびCuOとSr_(14)Cu_(24)O_(41)の混合物に分解することがわかった。本分解反応の速度は一次反応で表現でき,反応速度定数および活性化エネルギーを算出したところ,速度論的安定性が高い順にCuAlO_2,CuGaO_2,SrCu_2O_2となった。分解反応のエリンガム図を作成したところ,平衡論的に安定な温度・酸素分圧領域はCuAlO_2はCuGaO_2やSrCu_2O_2よりも広いこと,空気中でCuAlO_2,CuGaO_2,SrCu_2O_2は800℃,1200℃,1140℃以下では平衡論的に不安定であり,反応速度が充分に速ければ分解することがわかった。酸素分圧が低下すれば分解温度は低下し速度論的にp型透明酸化物が安定となることが期待できるが,SrCu_2O_2の場合は400℃,酸素分圧10~(-3)気圧下でも反応が速く,分解が観測された。%Stability of p-type transparent conducting oxides, CUAlO_2, CuGaO_2 and SrCu_2O_2, at high temperature has been studied by thermogravimetry, X-ray diffraction and thermodynamic calculation. It has been revealed that they decompose at high temperature in air according to the following chemical reaction formula; 4CuMO_2 + O_2 → 2CuO + 2CuM_2O_4 (M = Al, Ga) and 28SrCu_2O_2 + 17O_2 → 2Sr_(14)Cu_(24)O_(41)+8CuO. Assuming the first order reaction, kinetics of the chemical reactions and their activation energies have been evaluated from weight variation by time at the constant temperature measured by thermogravimetry. It was concluded that the order of the kinetic stability was CUAIO_2, CuGaO_2 and SrCu_2O_2. Ellingham diagram of the chemical reactions prepared in this study showed that thermodynamic stability of CuAlO_2 was higher than that of CuGaO_2 and SrCu_2O_2. It was also revealed that CUAIO_2, CuGaO_2 and SrCu_2O_2 are not thermodynamically stable in air below 800℃, 1200℃ and 1140℃, respectively, showing agreement with the weight increase due to the chemical reactions at constant temperatures in air. It can be expected that the p-type transparent conducting oxides would be kinetically stable with decreasing oxygen partial pressure, since temperatures where CuAlO_2, CuGaO_2 and SrCu_2O_2 decomposed decreased in the Ellingham diagram. However, decomposition of SrCu_2O_2 was observed even at 400 ℃ under oxygen partial pressure of 10~(-3) atm, which could be attributed to fast kinetics of the reaction even at 400 ℃ under such a low oxygen partial pressure.
机译:通过热天平,X射线衍射测量和热力学计算,评估了p型透明导电氧化物CuAlO_2,CuGaO_2和SrCu_2O_2的动力学和平衡稳定性。发现Cu在高温下在空气中被氧化并且分解成CuO和CuM_2O_4(M:Al,Ga)以及CuO和Sr_(14)Cu_(24)O_(41)的混合物。该分解反应的速率可以表示为一级反应,计算反应速率常数和活化能时,发现CuAlO_2,CuGaO_2和SrCu_2O_2具有较高的动力学稳定性。生成了分解反应的埃林汉姆图,表明CuAlO_2的平衡稳定温度和氧分压区域比CuGaO_2和SrCu_2O_2的平衡稳定温度和氧分压区域宽,并且空气中的CuAlO_2,CuGaO_2和SrCu_2O_2分别为800℃,1200℃和1140℃。发现以下是平衡不稳定的,并且如果反应速度足够快则分解。期望当氧分压降低时分解温度降低并且p型透明氧化物在动力学上是稳定的。反应很快,观察到分解。通过热重分析,X射线衍射和热力学计算研究了p型透明导电氧化物CUAlO_2,CuGaO_2和SrCu_2O_2在高温下的稳定性,发现它们在空气中会根据以下化学方法分解反应式; 4CuMO_2 + O_2→2CuO + 2CuM_2O_4(M = Al,Ga)和28SrCu_2O_2 + 17O_2→2Sr_(14)Cu_(24)O_(41)+ 8CuO。假设为一阶反应,化学反应的动力学及其通过在热重法测得的恒定温度下随时间的重量变化来评估活化能,得出动力学稳定性的顺序为CUAIO_2,CuGaO_2和SrCu_2O_2,本研究制备的化学反应的埃林汉姆图表明CuAlO_2高于CuGaO_2和SrCu_2O_2。还表明CUAIO_2,CuGaO_2和SrCu_2O_2在800℃,1200℃和1140℃以下的空气中不是热力学稳定的,可以预料,由于在恒定温度下在空气中进行化学反应,重量增加是一致的。可以预期,由于CuAlO_2,CuGaO_2和SrCu_2O_2的分解温度,p型透明导电氧化物在氧分压降低的情况下将保持动力学稳定。然而,即使在氧分压为10〜(-3)atm的400℃下,SrCu_2O_2也会发生分解,这可能归因于即使在如此低的氧分压下在400℃下反应的动力学也很迅速。压力。

著录项

  • 来源
    《熱測定》 |2011年第4期|p.132-139|共8页
  • 作者

    橋本 拓也;

  • 作者单位

    日本大学文理学部物理生命システム科学科;

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  • 正文语种 jpn
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