锌掺杂La_(9.33)(SiO_4)_6O_2电解质的制备与电导率研究

为改善固体电解质在中低温(500℃~800℃)下的电导性能,通过尿素-硝酸盐燃烧法,以La_2O_3及ZnO等为原料,制备了Zn掺杂磷灰石型La_(9.33)(SiO_4)_6O_2(LSO)电解质。采用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜及傅里叶变换红外光谱仪对掺杂得到的样品进行表征。Zn取代Si掺杂进入到LSO的晶格中对晶体结构以及形貌影响很小,锌掺杂的LSO电解质粉体在煅烧12 h后,已经具有磷灰石型晶体结构。对烧结体进行交流阻抗测试分析,实验制备的La_(9.33)Si_(6-x)Zn)xO_(26-y)具有良好的电导率。适量的掺杂可以有效提高电解质的电导率,当Zn掺杂量摩尔比x=1.0时,在500℃下La_(9.33)Si_(6-x)Zn)xO_(26-y)离子电导率最高为2.1×10~(-2)S/cm,Zn掺杂La_(9.33)Si_(6-x)Zn)xO_(26-y)电解质的最佳烧结温度为1 250℃。     

Sr和Nd掺杂对La9.33（SiO4）6O2电解质性能的影响

采用尿素-硝酸盐燃烧法对磷灰石型LSO电解质进行了三价稀土元素Nd和二价碱土元素Sr的La位掺杂,对合成样品进行XRD、SEM分析表征,并测试和分析了样品的电导率.结果表明:Sr、Nd掺杂对LSO的晶体结构、物相和形貌产生的影响很小,而适量的掺杂可有效提高LSO的氧离子传输性能.当掺杂x=0.3时,La9.33Mx(SiO4)6O2+δ(M=Sr、Nd)具有最高离子电导率,La9.33M0.3(SiO4)6O2+δ在500℃时的电导率分别为7.248×10-3S.cm-1、1.782×10-2S.cm-1.Nd掺杂不仅可以提高电导率,还可以降低传导活化能,相比于Sr掺杂更有利于LSO在中低温SOFCs中的应用.实验认为,Sr、Nd掺杂的LSO属于间隙氧传导机制,掺杂可以提高间隙氧的数量,间隙氧相比阳离子空位对LSO电导率的影响更大.     

Sr和Nd掺杂对La_（9.33）（SiO_4）_6O_2电解质性能的影响

采用尿素-硝酸盐燃烧法对磷灰石型LSO电解质进行了三价稀土元素Nd和二价碱土元素Sr的La位掺杂,对合成样品进行XRD、SEM分析表征,并测试和分析了样品的电导率.结果表明：Sr、Nd掺杂对LSO的晶体结构、物相和形貌产生的影响很小,而适量的掺杂可有效提高LSO的氧离子传输性能.当掺杂x=0.3时,La9.33Mx（SiO4）6O2＋δ（M=Sr、Nd）具有最高离子电导率,La9.33M0.3（SiO4）6O2＋δ在500℃时的电导率分别为7.248×10-3S.cm-1、1.782×10-2S.cm-1.Nd掺杂不仅可以提高电导率,还可以降低传导活化能,相比于Sr掺杂更有利于LSO在中低温SOFCs中的应用.实验认为,Sr、Nd掺杂的LSO属于间隙氧传导机制,掺杂可以提高间隙氧的数量,间隙氧相比阳离子空位对LSO电导率的影响更大.     

锶锌双掺杂磷灰石型硅酸镧电解质的制备与表征

为了提升硅酸镧电解质在中低温时(500～800℃)的电导率,将氧化镧、正硅酸四乙酯与掺杂元素的氧化物做为主要原料,通过溶胶-凝胶法制备了锶、锌双掺杂的磷灰石型硅酸镧电解质材料La9.33Srx Si5ZnO25+x,采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜和变温介电测量系统对样品的物相、微观结构和电导率进行表征。结果表明锶和锌成功进入硅酸镧晶格中,且对晶体的结构与形貌影响较小,以掺量和烧结温度做为变量的研究显示,当Sr的掺量为0.2、Zn的掺量为1、烧结温度为1 400℃时,所得到的电学性能最佳,其在800℃下的离子电导率达5.43×10-3S/cm,相较未掺杂的磷灰石型硅酸镧固体电解质的电导率1.7×10-3S/cm有一定提高。     

钐和锌双掺杂La9.33（SiO4）6O2电解质的制备及其电导率

为提高磷灰石型电解质（LSO）的电导率,以氧化镧（La₂O₃）、氧化锌（ZnO）和氧化钐（Sm₂O₃）为主要原料通过尿素-硝酸盐燃烧法在600 ℃的温度下合成了掺杂钐和锌的La_9.33Sm_xSi₅ZnO_{（25+1.5x）}固体电解质粉末。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、变温介电测量系统对样品进行物质结构、表面形貌、电导率的表征。研究了不同温度和不同掺杂浓度下La_9.33Sm_xSi₅ZnO_{（25+1.5x）}的电导率。结果表明,Sm和Zn成功掺杂进入LSO的晶格中,样品具有典型的P6₃/m磷灰石结构且纯度高,LSO的形貌未改变。当Sm掺杂浓度为0.6,Zn掺杂浓度为1时,在温度为650 ℃下La_9.33Sm_xSi₅ZnO_{（25+1.5x）}的电导率达到1.50×10^-3 S/cm;确定了最佳烧结温度为1 400 ℃。La_9.33Sm_xSi₅ZnO_{（25+1.5x）}的电导率在同一温度下随着掺杂量的增加先提高后降低,掺杂样品的晶胞参数相比于未掺杂样品的晶胞参数增大,活化能随着掺杂量的增大先降低后升高。此外La_9.33Sm_xSi₅ZnO_{（25+1.5x）}的电导率在同一掺杂量下,随着温度的升高而提高。     

Ca_xLa_(10-x)(SiO_4)_6O_(3-x/2)氧离子导体的制备及性能

由于在低温和低氧分压下具有比ZrO2固体电解质高的电导率,氧基磷灰石引起了研究者的关注.利用溶胶-凝胶法低温制备了硅酸盐磷灰石CaxLa10-x(SiO4)6O3-x/2 (x = 0, 0.5, 1.0 ,1.5和2),经TG-DTA、XRD、IR和SEM表征,所得产品为磷灰石相.以电化学阻抗谱研究了CaxLa10-x(SiO4)6O3-x/2的导电性能,发现随着间隙氧数量的增加,体系电导率逐渐增大,活化能却逐步减小.在700℃时La10(SiO4)6O3的电导率达到7.98×10-3Scm-1,比Ca2La8(SiO4)6O2提高21 000多倍.离子迁移数和氧分压对电导率的研究表明,主要的电荷载体是O2-,所制备的磷灰石为氧离子导体.     

磷灰石型La（9.33）（SiO4）6O2电解质的烧结及性能

在燃烧法制得的磷灰石型LSO电解质纳米粉体基础上,研究了预处理、成型压力、烧结温度和保温时间对LSO烧结体致密度的影响.烧结实验结果表明：球磨预处理和合适的成型压力,可以有效消除颗粒间的团聚、降低烧结温度和提高致密度;最佳成型压力为225 MPa;最佳烧结温度为1 400℃下保温3 h,烧结体的致密度高达96%.运用交流阻抗谱法研究了LSO烧结体的电性能,结果表明：烧结体随温度的升高,晶界电阻逐渐减小,晶粒电阻逐渐占据主导;烧结体电导率与温度的关系符合Arrhenius经验公式,700℃时离子电导率达到4.38×10^-3s/cm.     

磷灰石型La9.33（SiO4）6O2电解质的烧结及性能

在燃烧法制得的磷灰石型LSO电解质纳米粉体基础上,研究了预处理、成型压力、烧结温度和保温时间对LSO烧结体致密度的影响.烧结实验结果表明:球磨预处理和合适的成型压力,可以有效消除颗粒间的团聚、降低烧结温度和提高致密度;最佳成型压力为225 MPa;最佳烧结温度为1 400℃下保温3 h,烧结体的致密度高达96%.运用交流阻抗谱法研究了LSO烧结体的电性能,结果表明:烧结体随温度的升高,晶界电阻逐渐减小,晶粒电阻逐渐占据主导;烧结体电导率与温度的关系符合Arrhenius经验公式,700℃时离子电导率达到4.38×10-3s/cm.     

La1-xSrxCuO0.9Fe0.1O2.5-δ混合导电材料的合成与电导率

采用低温燃烧合成技术制备了La1-xSrxCuO0.9Fe0.1O2.5-δ(x=0.1～0.4)粉体.分别利用X射线衍射(XRD)和差热分析(DTA)技术对粉体的性能进行了表征.XRD结果表明,经800℃培烧的La0.9Sr0.1CU0.9Fe0.1O2.5-δ粉体的对称性较低,未形成钙钛矿结构,其余La1-xSrxCu0.9Fe0.1O2.5-δ(x=0.2～0.4)粉体为四方钙钛矿结构,晶体结构参数之间满足关系式a=b≈2 c.DTA结果显示,La1-xSrxCu0.9Fe0.1O2.5-δ在1000℃以下是热力学稳定的,不会发生分解反应.采用直流四电极法测试了La1-xSrxCuO0.9Fe0.1O2.5-δ试样在100～800 ℃之间的电导率.试样的电导率In(δT)与1/T之间呈很好的线性关系,说明La1-xSrxCuO0.9Fe0.1O2.5-δ在测试温度范围内服从小极化子导电机制.Sr掺杂量对试样的电导率和电导活化能有着明显的影响,当Sr掺杂量为0.3时,La1-xSrxCuO0.9Fe0.1O2.5-δ的电导率最高,电导活化能最小.     

Ce4+及La3+掺杂对(Bi0.5Na0.5) Ba0.06TiO3 陶瓷压电性能的影响

采用固相法制备工艺制备了质量分数CeO2(0-0.6%)和La2O3(0-1.3%)掺杂的(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3(BNBT6)无铅压电陶瓷.研究了合成产物的晶体结构、压电性能以及压电常数温度稳定系数.结果表明:所有组成均呈三方结构的钙钛矿型固溶体特征;当CeO2掺杂量为质量分数0.4%、La2O3掺杂量为质量分数1.0%时,陶瓷具有较好的压电性能,与纯BNBT6相比,分别提高了12%和15%;2种掺杂离子均能够改善陶瓷材料压电性能的温度稳定性.