钙钛矿型固体电解质Sm1-xCaxAlO3-δ的合成与表征

采用固相反应法合成了纯度较高,杂质含量低的电解质陶瓷Sm1-xCaxAlO3-δ.XRD结果分析表明,Ca掺杂引起了样品晶体结构的转变,x≤0.15的样品为四方钙钛矿结构,而x>0.15的样品则为菱方钙钛矿相.交流阻抗谱结果表明,掺杂大大提高了样品的电导率,在所有掺杂样品中,Sm0.8Ca0.2AlO3-δ的电导率最高,在800℃时达到0.035S/cm,与同温度下8YSZ的电导率相当.用Sm0.8Ca0.2AlO3-δ作为电解质隔膜,Pt作电极组成了氢-空气燃料电池,并测定了该燃料电池在800～1000℃范围内的电动势(即开路电压).由实测电动势与Nernst方程导出的理论电动势之比求得的氧离子迁移数在测量温度范围内都大于0.96,并随着温度的升高而逐渐增大.Ca掺杂的SmAlO3是一种性能较为优良的氧离子导体.     

BaCo_(0.7)Fe_(0.2)Nb_(0.1)O_(3-δ)离子-电子混合导体电导性能研究

用四电极法研究了BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)离子-电子混合导体的总电导率随温度的变化规律;通过阻塞电极法测量了BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ氧离子电导率随温度的变化规律;通过计算得到了电子电导率随温度的变化规律。研究结果表明,在温度低于550℃以下时,电子电导起了决定作用,随着温度的升高总电导率和电子电导率均呈现出显著增加的趋势,表现为P型半导体特征;当温度在550~650℃时,由于晶格氧的脱附,消耗了自由电子,导致电子电导率略有下降,使得总电导率表现出类似的变化规律,通过计算得到在550℃以下BCFN混合导体的电子电导的表观活化能为0.30eV;当温度高于650℃以上时,由于氧空位增加导致氧离子电导率随温度升高迅速增大,使得总电导率又呈现增加的趋势,计算得到氧离子迁移活化能为1.18eV;O2-TPD研究结果证明了在550~650℃时存在明显的晶格氧的脱附峰,晶格氧的脱附显著影响了BCFN混合导体电子电导率和总电导率。当温度低于650℃以下时,电子的迁移数接近100%,当温度高于650℃以上时,氧离子的迁移数迅速增大,900℃氧离子迁移数可达到8.97%。     

BaCe0.4Zr0.3Sn0.1Sm0.2O3-α的中温离子导电性

采用高温固相法合成了Sn4+、Sm3+双掺杂的BaCeO3-BaZrO3固溶体——BaCe0.4Zr0.3Sn0.1Sm0.2O3-α(BCZSS)固体电解质材料,并进行了XRD、SEM测试表征。采用同位素效应、浓差电池等电化学方法研究了样品在873～1073K的离子导电特性。浓差电池测试结果表明样品在湿润氧气气氛中是离子(质子+氧离子)和空穴的混合导体,样品在湿润氢气气氛下存在氧离子导电性。H2O-Ar气氛下的电导率高于相同温度下D2O-Ar气氛下的电导率,表明该样品在含水气氛中是一种优良的质子导体。     

LSCM/3YSZ离子-电子混合导体的研究

采用固相法制备了LSCM(La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3)粉体,并以不同质量比与3YSZ((Y2O3)0.03(ZrO2)0.97)混合制成了LSCM/3YSZ离子-电子混合导体(MIEC).采用X射线衍射、扫描电镜、热膨胀分析等手段对该混合导体的各项物理特性进行了研究,发现随着LSCM含量的逐渐增多,混合导体中Zr与Sr、Cr等元素的反应有少量杂相生成;LSCM相也逐步形成相连的空间网络结构;LSCM含量在0～40%范围的混合导体其热膨胀系数在0～1350℃测试温度范围内有一个明显的拐点.使用Wagnet直流极化法分离了混合导体的离子电导率和电子电导率.当LSCM质量百分比达到40%时,离子电导率以及总电导率开始大幅度地增大;当LSCM含量为50%测试温度800℃时样品的总电导率和离子电导率分别为0.24和0.08S/cm.     

(Y_(0.08)Sr_(0.92))_(1-x)Ti_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ)混合导体材料的电子-离子阻抗特性

用溶胶-凝胶法制备了(Y0.08Sr0.92)1-xTi0.6Fe0.4O3-δ(x=0.05,0.07,0.10)混合导体材料,用X射线衍射(XRD)分析该材料的物相,用交流阻抗法和电子阻塞电极法分别测定材料的总电导率与离子电导率,研究了A位缺位对(Y0.08Sr0.92)1-xTi0.6Fe0.4O3-δ混合导体材料的结构、电性能及阻抗行为的影响。结果表明,所有试样都具有单一立方相钙钛矿结构;在测试温度范围内(Y0.08Sr0.92)1-xTi0.6Fe0.4O3-δ(x=0.05,0.07,0.10)的总电导率随着温度的升高先增大后减小,表现为小极化子导电机理;随着A位缺位量的增加,总电导率降低。(Y0.08Sr0.92)1-xTi0.6Fe0.4O3-δ(x=0.05,0.07,0.10)在800℃的总电导率为0.011-0.26 S·cm-1。(Y0.08Sr0.92)1-xTi0.6Fe0.4O3-δ的总电导率阻抗谱只显示了高频斜线部分,说明材料主要以电子电导为主;离子传导的弛豫时间逐渐随着A位缺位量的增加而增大,说明A位缺位不利于离子在晶界中的传导。     

Sr掺杂量对La_(1-x)Sr_xMnO_(3-δ)离子导电性能的影响

本文从La1 -xSrxMnO3-δ材料的缺陷结构出发 ,探讨了材料在高温条件下离子 (氧离子 )导电的形成机制。分析了Sr掺杂量对氧离子导电性的影响 ,发现当Sr掺杂量x =0 .5时 ,La1 -xSrxMnO3-δ材料的离子电导率达到最大 ,因为在这一掺杂浓度时 ,材料中形成了最佳的氧空 (氧离子 )传输通道。     

La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)-Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(1.95)高温电导弛豫的研究

通过直流四端法研究了钙钛矿型混合导体La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)和La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Ce0.9Gd0.1O1.95(LSCF-GDC)复合材料的高温电学性质.通过电导率测试得出单相LSCF和LSCF-GDC的小极化子导电活化能分别为Ea1=9.72kJ/mol和Ea2=10.64kJ/mol.突然改变氧分压条件进行电导弛豫测试,进而研究了二者的氧表面交换性质.测定了温度范围在600~800℃、氧分压在21~34kPa之间变化时两种样品的表面交换系数为kchem为2.87×10-6~6.91×10-6cm/s.讨论认为GDC对氧表面交换过程的催化作用与引入GDC对材料微结构的影响共同促进了复合材料中的氧输运过程.根据两种样品氧表面交换系数和温度的关系估算了氧表面交换过程活化能.     

过渡和碱土金属掺杂对LaGaO3固体电解质电性能影响

采用固相反应法合成碱土金属Sr、Mg与过渡金属Fe或Co复合掺杂的LaGaO3基氧化物LSGMC和LSGMF;通过TG/DTA研究LSGMC和LSGMF的形成过程;采用直流四端子法测量样品在400℃-850℃温度区间的电导率;利用EDS和XRD等技术分析样品的微区成分和晶体结构等.结果表明,约在1000℃开始形成钙钛矿相,经1400℃烧结,获得单一正交钙钛矿结构;在测试温度范围,电导率与温度的关系符合Arrhenius方程,合成的LSGMC和LSGMF为氧离子导体;在相同温度下,Sr、Mg和Fe或Co复合掺杂氧化物LSGMC和LSGMF与仅Sr、Mg双掺杂氧化物LSGM相比具有较高的离子电导率,说明少量过渡金属Fe或Co的掺杂,有利于提高离子电导率.     

BaO掺杂对10NiO-NiFe2O4复合陶瓷导电性能的影响

利用冷压-烧结技术制备了BaO掺杂的1ONiO-NiFe2O4复合陶瓷,研究了BaO掺杂量对1ONiO-NiFe2O4复合陶瓷物相组成及电导率的影响.结果表明,当BaO掺杂量为O～4%(质量分数)时,烧结样品中主要含有NiO和NiFe2O4两种,BaO促进了致密化烧结,降低了烧结温度;TG-DSC分析发现,在303～1233K温度范围内,1ONiO-NiFe2O4陶瓷在空气气氛中先吸氧后失氧;导电率测试表明,掺杂BaO能显著提高材料的高温电导率,且掺杂0.5%样品在1233K时材料达到最大电导率11.76S/cm,是未掺杂样品的12.8倍.     

La1-xSrxCo0.2Fe0.8O3-δ阴极材料的导电机理研究

La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ系(LSCF)钙钛矿结构复合氧化物是一类性能优异的离子-电子混合导体,同时具有良好的化学稳定性和催化活性,是很好的中低温固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料的候选材料.本文测试了制备出的La1-xSrxCo0.2Fe0.8O3-δ(x=0.1～0.5)系材料电导率并探讨了它们的离子导电、电子导电的微观机制,指出除了小极化子导电机制外,还可能有以下几种机理共同作用:1)热激发引起Co3 离子的电荷歧化;2)高温下氧空位生成导致的离子补偿;3)Fe4 较Co4 优先进行电子补偿.     

KNb0.9Mg0.1O3-a固体电解质的合成及其离子导电性

利用高温高压法制备了具有正交钙钛矿结构的KNb0.9Mg0.1O3-a固体电解质.阻抗谱分析发现,样品的晶界效应比较明显,电导率主要取决于晶界电导.根据测得的阻抗谱,提出了等效电路.通过对阻抗谱数据进行拟合,获得了晶粒、晶界及总电导率.在测量温度范围内,电导率与温度成线性关系,满足Arrhenius经验公式.Mg2 掺杂显著提高了样品的电性能,700℃时KNb0.9Mg0.1O3-a的氧离子电导率为1.2×10-3S/cm.     

BaCe_(0.7)Y_(0.3-x)Ta_xO_(3-δ)(x=0.05,0.1)质子导体稳定性和电导率研究

通过液相法制备了BaCe_(0.7)Y_(0.3-x)Ta_xO_(3-δ)(x=0.05,0.1)质子导体粉体并压制成膜,分析了不同温度烧结后的微观形貌,并测试了其电导率与稳定性。结果表明,Ta掺杂降低了高温质子导体BaCe_(0.7)Y_(0.3-x)Ta_xO_(3-δ)的烧结活性,并且样品在沸水和CO_2气氛中的化学稳定性随着Ta含量的增加而增高;BaCe_(0.7)Y_(0.3-x)Ta_xO_(3-δ)的电导率随温度升高而升高,BaCe_(0.7)Y_(0.25)Ta_(0.05)O_(3-δ)在干燥空气气氛条件下的电导率最高,而BaCe_(0.7)Y_(0.2)Ta_(0.1)O_(3-δ)则在湿润10%H_2+90%Ar(约3%H_2O)气氛下电导率最高。     

新型氧离子导体La1.84R0.16Mo1.7W0.3O8.92（R=Ca^2＋、Sr^2＋、Ba^2＋）的制备及其电性能

以La2Mo1.7W0.3O9为本体,在La位进行碱土金属掺杂,采用溶胶-凝胶方法合成新型氧离子导体La1.84R0.16Mo1.7 W0.3O8.92(R=Ca2 、Sr2 、Ba2 ).应用示差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)等手段对氧化物进行结构表征,交流阻抗谱测试电性能.结果表明:掺杂改善了本体导电性能的同时,保持了La2Mo1.7W0.3O9抑制La2Mo2O9相变的功能;碱土离子的掺杂,在体系中引入了氧空位,有利于氧离子扩散,提高氧离子导电性,773K时Ba2 掺杂体系的电导率为1.0×10-4S/cm,高于本体的电导率(5.0×10-5/cm).     

La0.6Sr0.4Co1-yFeyO3的混合导电性研究

采用直流四探针法和两端子电子阻塞电极交流阻抗谱研究了GNP法制备La0．6Sr0．4Co1-yFeyO3陶瓷的电子-离子混合导电性能．在室温-900℃范围内，La0．6Sr0．4CoO3的电子电导率随温度的升高而单调降低，其它样品的电子电导率随温度的升高在600℃附近达到最大值．La0．6Sr0．4Co1-yFeyO3陶瓷的氧离子电导率随温度的升高而增加．在相同温度下，随着Co／Fe比例的增加，La0．6Sr0．4Co1-yFeyO3陶瓷的电子电导率和氧离子电导率增加，电子导电活化能和离子导电活化能降低．氧离子迁移数随温度的升高而增加，随Co／Fe比例的增加而降低．     

Sr掺杂量对La1-xSrxMnO3-σ离子导电性能的影响

本文从La1-xSrxMnO3-σ,材料的缺陷结构出发,探讨了材料在高温条件下离子(氧离子)导电的形成机制.分析了Sr掺杂量对氧离子导电性的影响,发现当Sr掺杂量x＝O.5时,由La1-xSrxMnO3-σ材料的离子电导率达到最大,因为在这一掺杂浓度时,材料中形成了最佳的氧空(氧离子)传输通道.     

Cu、Ti掺杂的SrFeO3-δ 基混合导体透氧材料的制备与性能研究

利用柠檬酸络合法制备了SrFe(Cu,Ti)O3-δ系列混合导体透氧材料．采用TG-DSC、XRD和透氧测试等手段分别考察了材料的晶体结构、稳定性及透氧能力．结果表明,Cu和Ti的掺杂量对材料的晶相组成和透氧量有重要影响,掺杂Cu能够使晶体内部产生大量的氧空位,从而使材料具有高透氧量;掺杂Ti能够提高材料的结构稳定性．SrFe0.6Cu0．3Ti0．1O3-δ同时具备较高的透氧量和稳定性,在900℃时的透氧量达到0．7mL·min-1·cm-2(STP)．     

Bi4Ti3O12掺杂对(Bi1.5Zn0.5)(Zn0.5Nb1.5)O7陶瓷结构与介电性能的影响

研究了Bi4Ti3O12掺杂对(Bi1.5Zn0.5)(Zn0.5Nb1.5)O7(BZN)陶瓷烧结特性、相结构和介电性能的影响.采用传统的固相反应法制备样品,X射线衍射技术分析相结构,SEM观察表面形貌.结果表明,Bi4Ti3O12掺杂能有效地促进烧结,提高介电常数ε,降低介电损耗tgδ,优化介电频率温度系数αε.1000℃烧结8%(摩尔分数) Bi4Ti3O12掺杂的BZN陶瓷具有较好的介电性能ε=192,tgδ= 4.21×10-4,αε=-3.37×10-4/℃.     

多铁性材料Bi_(0.95)R_(0.05)(Fe_(0.95)Co_(0.05))O_3(R=La,Eu,Ho)的磁性及XAFS研究

利用溶胶-凝胶法成功制备双元素共掺杂Bi0.95R0.05(Fe0.95Co0.05)O3(R=La,Eu,Ho)系列样品。X射线衍射实验数据表明:Eu离子掺杂使得BiFeO3材料的晶体结构发生了变化。振动样品磁强计测量的样品磁性数据显示:La、Eu、Ho离子分别与Co离子共掺杂,能够提高样品铁磁性,而且Bi0.95Eu0.05(Fe0.95Co0.05)O3样品的铁磁性行为最明显。同步辐射X射线吸收精细结构实验结果说明:Eu离子掺杂改变了Fe原子的局域结构,使得Fe-O键长增加,影响了Fe3+-O-Co3+双交换作用,进而引起样品磁性的增强。     

混合导体透氧膜材料的开发及应用

介绍开发的混合导体透氧膜材料ZrO2掺杂的SrFe0.6Co0．4O3-δ类钙钛矿型氧化物及Sr(Co，Fe，Zr)O3-δ系列钙钛矿型氧化物的晶体结构、氧渗透性能、稳定性，以及应用于甲烷部分氧化制合成气膜反应器的性能，并就今后研究开发方向作了探讨．     

掺杂Co3O4对Ce0.8Gd0.2O2-δ固体电解质性能的影响

采用低温燃烧法制备了Ce0.8Gd0.2O2-δ（CGO）及掺杂2.0mol%CoO1.333的CGO（2Co-CGO）,研究了掺杂Co3O4对CGO密度和电导率的影响.实验发现,由于烧结过程中粘性流动烧结的发生,掺杂Co3O4后可在一定的温度范围内使样品致密度提高;经SEM分析,1100℃烧结5h的2Co～CGO晶粒生长完整;与CGO相比较,2Co～CGO在700℃所测电导率略有降低.