Combinatorial synthesis of oxide powders

C. Thermal Analysis

Three compositions of Cu

1−x

Ce

x

O

3

(x

⳱ 0.2, 0.5, 0.8)

were analyzed with differential thermal analysis (DTA)

and thermogravimetric analysis (TGA). As discussed

TABLE I. Comparison of particle sizes from bulk and cap Cu–Ce–O.

Caps:

Cu

1−x

Ce

x

O

3

(x

⳱ ?)

Particle

size (nm)

Bulk

(x

⳱ ?)

Particle

size (nm)

0.07

35.52

0

85.08

0.267

33.21

0.133

49.14

0.33

32.83

0.267

37.79

0.44

39.02

0.4

30.03

0.51

27.43

0.534

32.86

0.65

21.22

0.667

34.72

0.72

30.94

0.86

26.46

0.867

31.37

1

43.4

1

30.71

TABLE II. Variability of surface area among similar compositions.

Composition

Particle Size (nm)

Standard deviation

Cu

0.2

Ce

0.8

O

3

17.12

1.04

Cu

0.5

Ce

0.5

O

3

19.31

6.02

Cu

0.8

Ce

0.2

O

3

34.82

1.88

FIG. 5. Scanning electron microscope images of oxide powder cap

(Cu

0.8

Ce

0.2

O

3

): (a) powder oxide cap, (b) cracks and holes in oxide

cap, (c) individual particles and agglomerates of oxide powder.

H.M. Reichenbach

et al.:

Combinatorial synthesis of oxide powders

J. Mater. Res., Vol. 16, No. 4, Apr 2001

971

---

http://journals.cambridge.org

Downloaded: 15 Mar 2015

IP address: 138.251.14.35

earlier, several of the compositions with high cerium

content (x > 0.7) had a tendency for self-ignition and

pyrolysis. This leads to a lack of control of the tempera-

ture of the decomposition reaction, and thus of uncon-

trollable particle size and agglomeration of the mixed

oxide. The temperature range in which pyrolysis is most

likely to occur was found to be during heating of the

dried gel, in the temperatures ranges from 110 to 160 °C.

Different heating rates through this range were studied

with TGA, and it was found that to avoid pyrolysis, slow

heating of the material (less than 1 °C /min) is required.

As well as determining the optimal heating rate for these

materials, the decomposition temperatures of the pure

component precursor polymeric gels and the mixed oxide

precursor polymer gels were determined. The final de-

composition stage and weight loss of each of these com-

ponents was found to be in the range of 265 to 340 °C.

Most of the weight loss of the mixed oxide powders took

place at temperatures below 331 °C. This temperature

is the lowest at which the mixed oxides can be formed,

but the compositions may not be crystalline at this point.

Cu

0.5

Ce

0.5

O

3

is representative of the compositions in the

library, and Fig. 6 shows the DTA and TGA traces of its

dried resin heated to 900 °C. For this composition, the

final decomposition of the organic material, represented

by the large exothermic peak, began at 270 °C, and the

remaining oxide was 41.4% of the starting resin. A heat-

ing rate of 1 °C /min was used in the temperature range

105 to 160 °C.