1、Copyrights 2007 AUX Group 晶界包覆對CeO2基固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)電行為的影響Copyrights 2007 AUX Group 報告內(nèi)容報告內(nèi)容研究背景與現(xiàn)狀研究背景與現(xiàn)狀目的和意義目的和意義主要研究內(nèi)容及實施方案主要研究內(nèi)容及實施方案現(xiàn)階段實驗進展及困難現(xiàn)階段實驗進展及困難預(yù)期效果預(yù)期效果Copyrights 2007 AUX Group 研究背景與現(xiàn)狀界面空間電勢的形成：界面空間電勢的形成： CeO2 基固態(tài)電解質(zhì)的晶粒表面和界面由大量含有氧缺位的不完整氧八面體組成，氧空位的富集使晶粒表面或界面形成正電勢。該正電勢對晶粒邊緣區(qū)內(nèi)的載流子氧空位 VO. 產(chǎn)生排斥作用，使晶

2、粒邊緣形成一個低濃度的 VO.耗盡層，即空間電荷層。 圖a 空間電荷層區(qū)域示意圖圖b 空間電荷層氧空位濃度示意圖Copyrights 2007 AUX Group 研究背景與現(xiàn)狀界面空間電勢的形成產(chǎn)生的影響：界面空間電勢的形成產(chǎn)生的影響：在高氧分壓下?lián)诫sCeO2 是一種純離子導(dǎo)體，正的界面空間電勢將對載流子氧空位產(chǎn)生排斥，使晶粒邊緣空間電荷層內(nèi)載流子濃度和晶界離子電導(dǎo)率相對于體相下降2-3 個數(shù)量級，成為制約多晶CeO2基固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率提高的障礙。在低氧分壓下CeO2又具有一定的電子導(dǎo)電能力（混合導(dǎo)體），正的界面空間電勢將使電子濃度和電子電導(dǎo)率極大提高。Copyrights 2007 A

3、UX Group 研究背景與現(xiàn)狀降低影響的方法：降低影響的方法： 當固溶異價元素（如在CeO2 內(nèi)固溶Gd2O3 、Sm2O3）后，在固溶產(chǎn)生的彈性應(yīng)力場和界面電勢場的驅(qū)使下，帶負電的代位離子GdCe或SmCe將向晶粒邊界偏聚，該負電荷部分降低、但仍不足以完全消除界面區(qū)由氧空位富集而產(chǎn)生的正電勢，界面仍保持氧空位VO.過剩而形成的正電勢。 Copyrights 2007 AUX Group 研究背景與現(xiàn)狀現(xiàn)狀：現(xiàn)狀：uMongenson和Eguchi等人研究表明，堿土金屬氧化物摻雜的CeO2電導(dǎo)率比稀土金屬氧化物摻雜的CeO2電導(dǎo)率低。uToshiyuki通過摻雜少量堿土和稀土元素的CeO2S

4、m2O2顯示了較高電導(dǎo)率，有效降低了CeO2還原氧分壓。uZhu Bing制備摻雜鈰基電解質(zhì)和各種鹽的復(fù)合電解質(zhì)(CSC)，這種兩相復(fù)合材料可以同時傳遞氧離子和質(zhì)子，可以提高材料的穩(wěn)定性和電性能。Copyrights 2007 AUX Group 目的和意義l 目的： 通過異價金屬離子晶界空間電勢調(diào)控提高CeO2 基陶瓷的晶界離子電導(dǎo)率、能夠靈活控制其離子電導(dǎo)與電子電導(dǎo)行為，為其他螢石型結(jié)構(gòu)氧離子導(dǎo)體的界面空間電勢調(diào)控奠定理論基礎(chǔ)。l 意義： 通過“晶界包覆” 對CeO2 基固態(tài)電解質(zhì)晶界元素進行摻雜和空間電勢調(diào)控，有助于揭示空間電勢調(diào)控過程中摻雜元素在晶界的存在形式、取代位置、空間電勢的變化

5、過程及其對導(dǎo)電行為的影響機制等科學(xué)問題。在此理論的基礎(chǔ)上，繼續(xù)改善和提高CeO2基固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率、控制其離子電導(dǎo)與電子電導(dǎo)特性、改善其使用性能，推進其在應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。Copyrights 2007 AUX Group 主要研究內(nèi)容及實施方案主要研究內(nèi)容：主要研究內(nèi)容：研究摻雜元素對CeO2基體的結(jié)構(gòu)、電性能、熱膨脹性能的影響，并探索其燒結(jié)性能；研究幾種元素共摻雜對CeO2基電解質(zhì)材料的晶體結(jié)構(gòu)、電性能和熱膨脹性能，特別關(guān)注各種元素在CeO2中的最佳包覆摻雜量； 對比不同燒結(jié)制度對摻雜元素在晶界區(qū)分布的影響；研究元素摻雜后長時間保溫對該陶瓷電導(dǎo)行為穩(wěn)定性和可靠性的影響。Copyrigh

6、ts 2007 AUX Group 主要研究內(nèi)容及實施方案實施方案：實施方案：摻雜CeO2粉末晶體的制備 以六水硝酸鈰和六水硝酸釓為原料，以碳酸銨溶液為析出劑，采用共沉淀法制備出納米級Gd摻雜CeO2粉末晶體。其中Gd摻雜CeO2粉末晶體是在80空氣氣氛下干燥24h、600空氣氣氛下煅燒2h獲得。摻雜CeO2包覆材料的制備及表征方案： 將Gd摻雜CeO2粉末晶體滴加到硝酸鐵 、硝酸鈷等溶膠中，攪拌，然后，在電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干后，再在1000空氣氣氛下煅燒，最后，得到摻雜CeO2包覆材料。Copyrights 2007 AUX Group 主要研究內(nèi)容及實施方案顯微結(jié)構(gòu)分析及電導(dǎo)率的測量 采用X

7、RD 技術(shù)分析所合成材料的物相組成、晶體結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸大小等；采用SEM觀察摻雜CeO2包覆材料的表面形貌、致密度等；采用TEM 分析包覆摻雜CeO2材料的晶粒尺寸以及包覆分布情況等。通過交流阻抗法分析包覆摻雜處理前后的電導(dǎo)率和電阻變化情況，同時，根據(jù)阻塞電極法計算和分析其離子遷移率變化情況，并根Arrhenius方程確定離子電導(dǎo)的激活能。Copyrights 2007 AUX Group 現(xiàn)階段實驗進展及困難進展：進展： GDC納米粉末XRD圖Copyrights 2007 AUX Group 現(xiàn)階段實驗進展及困難GDC粉末壓制成片后阻塞電阻的測量Copyrights 2007 AUX Group 現(xiàn)階段實驗進展及困難主要困難：主要困難：阻抗測試精度有待提高（電極設(shè)計，儀器操作等）阻塞電極的制備 Copyrights 2007 AUX Group 預(yù)期效果采用包覆摻雜工藝制備CeO2基電解質(zhì)材料，優(yōu)化燒結(jié)工