稀土元素掺杂氧化铈基电解质的离子导电性能研究
发布时间：2021-11-11 18:48
作为氧离子导体固态电解质的一员,氧化铈基材料由于其在中温条件（600800°C）下优异的离子导电性引起了研究人员的极大兴趣。但是,该材料的大规模应用需要解决以下问题:在低氧分压和高温下,氧化铈会发生Ce4+向Ce3+的还原,导致电子电导;晶粒尺寸对总电导率的影响存在争议;对于放电等离子烧结（SPS）对氧化铈基材料的离子电导率的影响没有统一的认识,常规的对氧化铈的改性主要围绕在单掺杂。本文针对以上问题,进行了如下研究:采用共沉淀法制备了纳米尺度的SDC20粉末,通过控制烧结温度,制备了晶粒跨度为128533 nm的样品,研究了晶粒尺寸对电导率的影响。结果表明,在该晶粒尺寸范围内,晶粒电导率和总晶界电导率随晶粒的长大而增加,比晶界电导率随晶粒的长大而下降,样品的总电导率最终随晶粒的生长而增加,并且在1200°C下烧结的晶粒尺寸为233 nm的样品拥有最佳电导率,在650°C时为1.53×10-2 S/cm。通过控制S...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种典型固体电解质的电导率随温度的变化[1]
第一章绪论7图1.3钠--氧化铝的晶体结构示意图（蓝球代表流动钠离子，红球和黄球分别代表氧原子和铝原子）Fig.1.3Schematicdiagramofthecrystalstructureofsodiumβ-alumina(Bluesphererepresentsthemobilesodiumionandredsphereandyellowsphererepresentoxygenandaluminumatoms,respectively)1.1.3.2阴离子导体一般的阴离子导体通常是氧离子(O2-)或氟离子(F-)导体，例如，稳定的氧化锆和氟化铅，它们的快离子导电性通常在出现在高温下。这些导体通常具有萤石(CaF2)型结构，其中阳离子占据面心立方结构，阴离子(O2-或F-)位于四面体空隙中。稳定的氧化锆(ZrO2)是氧化锆与CaO或Y2O3之间的固溶体。当温度降低时，ZrO2的掺杂也有助于防止相转变为非立方形式。用较低电荷的阳离子(如Ca2+或Y3+)取代某些Zr4+位有助于产生氧空位，并提高其高温离子电导率。1.1.3.3非晶导体除了结晶的无机固体外，在非晶无机材料中也发现了超离子电导现象。通常，基于硫化物和卤化物的玻璃电解质在室温下比氧化物具有更高的电导率。最为熟知的是Li+和Ag+导电玻璃，一种组成为0.7Li2S-0.3P2S5的Li+导电玻璃在25°C时
昆明理工大学硕士学位论文10在西门子-西屋公司设计的产品中，掺有碱土和稀土氧化物的镧锰氧化物(LaMnO3)以多孔管的形式作为基体，其它电池组分以层状的形式沉积在其上。当掺杂锶时，LaMnO3表现出了金属导电水平的电导率[14]。这一领域的最新发展涉及到降低燃料电池的温度、降低材料的制造成本以及延电池长使用寿命等。目前研究的的重点是通过生产较薄的YSZ电解质或更导电的CeO2或镓酸镧材料来降低电解质电阻，采用改进的混合导体增加电极活性(如采用La1–xSrxCoO3)，以及优化电极微观结构。1.1.4.2传感器对环境的监测已成为有效控制排放的关键。相似的，对化学过程的实时监测有助于对产品进行更密切的质量控制。廉价微处理器的普及使得智能微系统的发展成为可能，智能微系统集传感、驱动和控制功能于一体。监视数据的输入微传感器与微电子数据处理单元和输出致动器耦合，后者具有反应和控制系统的能力(图1.5)电化学微传感器将化学信号转化为易于测量、监测和处理的电信号。离子和混合导电固体是这种发展的基本材料，因为它们可以很容易地小型化，例如薄膜形式，而且它们通常可以在高温或侵略性的环境中运行。传感器的发展在很大程度上受到以下要求的驱动：高灵敏度、高选择性、短响应时间、可重复性、长期稳定性和长寿命、可逆性、尺寸和低成本。主要有电位传感器、安培传感器和电导传感器。图1.5将电化学传感器和执行器功能集成在固体电解质管中的智能系统[14]Fig.1.5TheelectrochemicalsensorandactuatorfunctionsareintegratedintoanintelligentsysteminasolidelectrolytetubeSENSORACTUATOR
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化钐掺杂氧化铈纳米材料的导电性[J]. 李泽彬,聂丽,姚有峰. 河北师范大学学报(自然科学版). 2010(03)
[2]多晶快离子导体的晶界性质对其电导的影响[J]. 施剑林. 硅酸盐学报. 1991(03)
[3]快离子导体[J]. 温廷琏. 材料科学与工程. 1985(01)
本文编号：3489338
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种典型固体电解质的电导率随温度的变化[1]
第一章绪论7图1.3钠--氧化铝的晶体结构示意图（蓝球代表流动钠离子，红球和黄球分别代表氧原子和铝原子）Fig.1.3Schematicdiagramofthecrystalstructureofsodiumβ-alumina(Bluesphererepresentsthemobilesodiumionandredsphereandyellowsphererepresentoxygenandaluminumatoms,respectively)1.1.3.2阴离子导体一般的阴离子导体通常是氧离子(O2-)或氟离子(F-)导体，例如，稳定的氧化锆和氟化铅，它们的快离子导电性通常在出现在高温下。这些导体通常具有萤石(CaF2)型结构，其中阳离子占据面心立方结构，阴离子(O2-或F-)位于四面体空隙中。稳定的氧化锆(ZrO2)是氧化锆与CaO或Y2O3之间的固溶体。当温度降低时，ZrO2的掺杂也有助于防止相转变为非立方形式。用较低电荷的阳离子(如Ca2+或Y3+)取代某些Zr4+位有助于产生氧空位，并提高其高温离子电导率。1.1.3.3非晶导体除了结晶的无机固体外，在非晶无机材料中也发现了超离子电导现象。通常，基于硫化物和卤化物的玻璃电解质在室温下比氧化物具有更高的电导率。最为熟知的是Li+和Ag+导电玻璃，一种组成为0.7Li2S-0.3P2S5的Li+导电玻璃在25°C时
昆明理工大学硕士学位论文10在西门子-西屋公司设计的产品中，掺有碱土和稀土氧化物的镧锰氧化物(LaMnO3)以多孔管的形式作为基体，其它电池组分以层状的形式沉积在其上。当掺杂锶时，LaMnO3表现出了金属导电水平的电导率[14]。这一领域的最新发展涉及到降低燃料电池的温度、降低材料的制造成本以及延电池长使用寿命等。目前研究的的重点是通过生产较薄的YSZ电解质或更导电的CeO2或镓酸镧材料来降低电解质电阻，采用改进的混合导体增加电极活性(如采用La1–xSrxCoO3)，以及优化电极微观结构。1.1.4.2传感器对环境的监测已成为有效控制排放的关键。相似的，对化学过程的实时监测有助于对产品进行更密切的质量控制。廉价微处理器的普及使得智能微系统的发展成为可能，智能微系统集传感、驱动和控制功能于一体。监视数据的输入微传感器与微电子数据处理单元和输出致动器耦合，后者具有反应和控制系统的能力(图1.5)电化学微传感器将化学信号转化为易于测量、监测和处理的电信号。离子和混合导电固体是这种发展的基本材料，因为它们可以很容易地小型化，例如薄膜形式，而且它们通常可以在高温或侵略性的环境中运行。传感器的发展在很大程度上受到以下要求的驱动：高灵敏度、高选择性、短响应时间、可重复性、长期稳定性和长寿命、可逆性、尺寸和低成本。主要有电位传感器、安培传感器和电导传感器。图1.5将电化学传感器和执行器功能集成在固体电解质管中的智能系统[14]Fig.1.5TheelectrochemicalsensorandactuatorfunctionsareintegratedintoanintelligentsysteminasolidelectrolytetubeSENSORACTUATOR
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化钐掺杂氧化铈纳米材料的导电性[J]. 李泽彬,聂丽,姚有峰. 河北师范大学学报(自然科学版). 2010(03)
[2]多晶快离子导体的晶界性质对其电导的影响[J]. 施剑林. 硅酸盐学报. 1991(03)
[3]快离子导体[J]. 温廷琏. 材料科学与工程. 1985(01)
本文编号：3489338
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