Co掺杂对（CeO2）0.92（Y2O3）0.06（La2O3）0.02电解质材料性能的影响

采用固相合成法合成CeO2基粉料(1-x)(CeO2)0.92(Y2O3)0.06(La2O3)0.02+xCoO1.5(x=0,0.5 mol%,1mol%和2mol%),并在不同温度下烧成。采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、Archimedes法、交流阻抗谱和热膨胀仪分别测试电解质材料的晶体结构、体积密度、离子电导率和热膨胀。结果表明:掺杂Co的试样经1500℃烧成后均为单一的立方萤石结构相,Co可以有效提高试样的烧结性能,降低烧结温度100℃;试样的晶界电导随着Co含量的增加而提高,当Co掺杂量为2mol%时,试样在700℃时表现出最高的离子电导率0.051s.cm-1。同时发现Co的掺杂对试样的热膨胀影响不大。     

溶胶凝胶法制备Ce_(0.8)Y_(0.15)M_(0.05)O_(2-δ)电解质材料及其性能研究

文章以Ce0.8Y0.15M0.05O2-δ(M=Fe、Co、Mg)为主要研究对象。通过红外、致密度分析、X射线衍射、扫描电镜、交流阻抗、热膨胀等测试方法对试样进行测试和分析,对实验得到的电解质粉及相应的电解质材料的性能进行表征。实验结果表明:溶胶-凝胶法经700℃煅烧成功制备出了单相立方萤石结构的超细粉末,具有良好的烧结活性。1300℃下烧结后相对密度达到97%以上。电导率的测试表明,电解质材料在中温范围有较高的电导率,其中,Ce0.8Y0.15Mg0.05O1.9在800℃时,电导率达到了0.0661 S/cm。     

固溶体Ce1-xEuxO2-δ的导电性能

利用溶胶-凝胶法,经800℃焙烧10h合成了Ce1-xEuxO2-δ(x=0.05～0.50)固溶体.用X射线衍射仪检测了样品的结构,测量了样品的阻抗谱和电子顺磁共振谱.结果表明:当掺杂量x≤0.40时,固溶体的结构为单相立方萤石结构,晶胞参数随x的增加而增大.样品中存在Ce3 ,掺杂Eu3 可以抑制Ce4 离子的还原.通过掺杂使固溶体Ce1-xEuxO2-δ(x=0.10～0.40)的电导率提高,随着掺杂量x增加,电导率增大,并在x=0.20时达到最大值(500℃的电导率σ500℃=1.07×103S/cm);电导活化能减小,x=0.20时,电导活化能Ea达到最小值,为0.72eV.     

溶胶凝胶法制备Ce_(0.8)Y_(0.2-x)Ca_xO_(2-δ)电解质材料及其性能

采用溶胶-凝胶法制备出Ce0.8Y0.2-x Cax O2-δ(0.02≤x≤0.10)系列电解质材料。通过红外、热重、X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、交流阻抗和热膨胀系数测试对试样进行分析。结果表明:采用溶胶-凝胶法经600℃煅烧所得粉体形成了单相立方萤石结构,平均晶粒尺寸在5~10nm之间;Ce0.8Y0.2-x Cax O2-δ超细粉体具有较高的烧结活性,在1 400℃烧结得到的Ce0.8Y0.2-x Cax O2-δ系列电解质陶瓷的相对密度均大于96%。在该系列材料中,Ce0.8Y0.1Ca0.1O1.85具有良好的离子导电率、较低的电导活化能和适中的热膨胀性能。它在800℃时的离子电导率为0.041S/cm,电导活化能为0.81eV,热膨胀系数为13.5×10-6 K-1(常温~800℃)。     

Y和Yb复合掺杂对BaCe_(0.5)Zr_(0.3)Y_(0.2-x)Yb_xO_(3-δ)的烧结性和电导率的影响

质子传导固体氧化物燃料电池具有广阔的应用前景,本文探索以BaCeO3为主体均相复合BaZrO3,采用ZnO为烧结助剂,制备了Y和Yb复合掺杂的BaZrO3-BaCeO3即BaCe0.5Zr0.3Y0.2-xYbxO3-δ(x=0、0.08、0.16)质子导体,重点研究了Y和Yb复合掺杂对质子导体材料烧结性、微观结构和电导率的影响。实验结果表明,x=0时,即BCZY-Z试样具有较好的性能,1350℃烧结6 h试样相对密度达到了97.1%,600℃电导率为6.3×10-3S/cm,700℃晶界电阻只有18Ω。     

Pr的掺杂对固溶体Ce_(4.5)Gd_(1.5)MoO_(15-δ)电性能的影响

在固溶体Ce4.5 Gd1.5MoO15-δ体系中的Ce位引入少量Pr得新氧化物Ce4.5 Gd1.5-xPrxMoO15-δ(x=0.15).通过X射线粉末衍射(XRD)对氧化物结构进行分析,交流阻抗谱潮试电性能,讨论掺杂少量Pr对Ce4.5 Gd1.5 MoO15-δ电性能的影响.结果表明,少量Pr2的掺杂可降低晶界电阻,增加离子扩散通道,降低体系的总电导激活能和晶界电导激活能.提高氧化物的总电导率和晶界电导率.600℃时掺Pr材料的晶界电导牟为1.04×10-1 s/cm,高于未掺Pr材料的晶界电导率(5.27×10-4D/cm)约1倍.     

掺杂Sm~(3+)对Ce_(0.84)Y_(0.16)O_(2-δ)固体电解质材料性能的影响(英文)

采用固相反应法合成不同含量Sm3+的CeO2基粉料Ce0.84Y0.16-xSmxO2-δ(x=0,0.02,0.04和0.06)并在1600℃烧成制备了电解质材料。采用X射线衍射,膨胀测量法和交流阻抗谱测试电解质材料的晶体结构、热膨胀和离子电导率。结果表明:所有电解质材料样品均为单一的萤石结构。在400～800℃范围内,与单掺杂Y3+的样品相比,Sm3+和Y3+共掺的样品Ce0.84Y0.16-xSmxO2-δ(x=0.02,0.04和0.06)都显示了较高的离子电导率。当x=0.02时,样品的离子电导值达到最大值。同时还发现所有样品的热膨胀均随温度的升高而线性增长。     

Sc_2O_3-Sm_2O_3共掺杂CeO_2基电解质的电导率和还原稳定性

以Ce(NO3)3·6H2O、Sm2O3和Sc2O3等为原料,采用凝胶浇注法制备出了不同组成的Ce0.8Sm0.2–xScxO2–δ(CSSO)粉体,并压制、烧结制得CSSO烧结体试样。对所制备CSSO粉体的相结构及烧结体的致密度、电导率等进行了测试,考察了Sm2O3和Sc2O3共掺杂对Ce元素价态稳定性的影响。结果表明:凝胶浇注干凝胶在800℃煅烧3 h可获得具有单一萤石结构的CSSO粉体,其成形压坯经1 500℃烧结后相对密度可达97.13%;CSSO烧结体的电导呈P型导体特征,组成为Ce0.8Sm0.15Sc0.05O2–δ的烧结体试样的电导率最高,在600℃时可达1.92×10–2 S/cm。适量掺杂Sc可提高CSSO电解质在还原气氛中的稳定性。     

K/Ce离子共掺对Na_(0.5)Bi_(2.5)Ta_(2)O_(9)陶瓷的结构与电学性能影响EI北大核心CSCD

采用传统固相法制备(NaBi)_(0.5-x)(KCe)xBi2Ta_(2)O_(9)(NBTO-x,0≤x≤0.15)无铅压电陶瓷,研究K/Ce离子含量对NBTO陶瓷结构和电学性能的影响.结果表明:所有陶瓷样品均生成了m=2的铋层状结构化合物,且未发现其他明显杂峰;随着K/Ce离子含量的增加,样品的Curie温度T_(C)逐渐降低;K/Ce离子掺杂提高了样品的压电性能,压电常数d_(33)随掺杂量提高呈现出先升高后降低趋势,当x=0.075时,样品的综合性能达到最佳:d_(33)=19.0 pC/N,Curie温度T_(C)=735℃,介电损耗tanδ=0.137%,体积密度ρ=9.113 g·cm^(-3);NBTO(x=0.075)陶瓷在600℃退火2 h,其d_(33)仍高达17.8 pC/N,约为初始值(d_(33)=19.0 pC/N)的93.7%,表现出良好的温度稳定性.     

Ce0.8Nd0.2-xPrxO1.9固溶体的Raman光谱与阻抗谱

用溶胶-凝胶法合成了氧化铈稀土双掺杂Ce0.8Nd0.2-xPrxO1.9(x=0,0.10,0.15)固溶体。用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD),Raman光谱和交流阻抗谱研究了固溶体的结构和导电性。XRD结果表明:经800℃焙烧所有的样品都形成了单相立方萤石结构,平均晶粒尺寸为22～32nm。X射线光电子能谱结果表明:样品中镨离子以混合价态(Pr3+和Pr4+)存在。Raman谱结果表明:Ce0.8Nd0.2-xPrxO1.9具有氧缺位的立方萤石结构,Pr离子的掺杂有利于氧缺位增加。阻抗谱表明:稀土双掺杂Ce0.8Nd0.2-xPrxO1.9(x=0.10,0.15)的电导率高于稀土单掺样品Ce0.8Nd0.2O1.9的,Ce0.8Nd0.05Pr0.15O1.9的电导率最大,在600℃时的电导率为2.63×10-2S/cm,导电活化能Ea=0.40eV(600～800℃),Ea=0.62eV(400～600℃),与Ce0.8Nd0.05Pr0.15O1.9材料内部更多的氧离子缺位和小极化子电子导电相关。     

Fe掺杂钛酸钡钙材料的制备及性能研究

以BaCO_3粉、CaCO_3粉、TiO_2粉、Fe_2O_3粉为原料,在采用固相反应法于1 020℃常压预烧3 h后,继续在1 260℃常压烧结2.5 h制备了Fe掺杂钛酸钡钙(Ba0.70Ca0.30Ti1-xFexO3)材料,研究了Fe掺杂量(x分别为0、0.002、0.005、0.010、0.015、0.020和0.030)对烧后试样物相组成、体积密度、相对密度、显微结构和介电性能的影响。结果表明:1)1 020℃预烧及1 260℃烧结后试样均由纯钙钛矿组成。当Fe掺杂量x≤0.02时,1 260℃烧结后试样中T、O相共存;当Fe掺杂量x增加到0.03时,则转变为PC、O相共存。2)随着Fe掺杂量的增加,1 260℃烧结后试样的体积密度和相对密度均逐渐增大;O相的平均晶粒尺寸逐渐增大,而T相的平均晶粒尺寸则呈先增大后减小的变化趋势,在Fe掺杂量x为0.005时达到最大的5.56μm;居里温度TC逐渐减小,对应的最大介电常数εmax则呈先增大后减小的变化趋势,在Fe掺杂量x为0.005时达到最大的4 380 F·m-1。     

K/Ce离子共掺对Na_(0.5)Bi_(2.5)Ta_2O_9陶瓷的结构与电学性能影响

采用传统固相法制备(Na Bi)_(0.5-x)(KCe)_xBi_2Ta_2O_9(NBTO-x,0≤x≤0.15)无铅压电陶瓷,研究K/Ce离子含量对NBTO陶瓷结构和电学性能的影响。结果表明:所有陶瓷样品均生成了m=2的铋层状结构化合物,且未发现其他明显杂峰;随着K/Ce离子含量的增加,样品的Curie温度T_C逐渐降低;K/Ce离子掺杂提高了样品的压电性能,压电常数d_(33)随掺杂量提高呈现出先升高后降低趋势,当x=0.075时,样品的综合性能达到最佳:d_(33)=19.0 p C/N,Curie温度T_C=735℃,介电损耗tanδ=0.137%,体积密度r=9.113 g·cm~(-3);NBTO (x=0.075)陶瓷在600℃退火2 h,其d_(33)仍高达17.8 p C/N,约为初始值(d_(33)=19.0 p C/N)的93.7%,表现出良好的温度稳定性。     

固体氧化物燃料电池电解质材料La_2Mo_(2-x)Mn_xO_(9-δ)的制备与性能研究

以硝酸镧、钼酸铵、硫酸锰为原料,以柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶法合成了可作为中温固体氧化物燃料电池(SOFCs)使用的电解质材料La_2Mo_(2-x)Mn_xO_(9-δ)(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20),通过红外光谱(FTIR)、热分析(TGDSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、交流阻抗(AC)测试等手段对样品进行了表征。研究表明,干凝胶经700℃煅烧2 h后得到了纯相的高烧结活性的La_2Mo_(2-x)Mn_xO_(9-δ)(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20)粉体,其在950℃烧结2h即可获得相对密度大于97%的烧结体。电化学性能研究表明Mn掺杂可以有效的提高La_2Mo_2O_9电解质材料的电导率,其中La_2Mo_(1.9)Mn_(0.1)O_(8.9)在800℃时电导率高达0.028 S/cm。     

氧化锌掺杂对氧化锆电解质导电性能影响

用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了8YSZ(Y2O3物质的量分数为8%的ZrO2)纳米粉体,研究预烧温度对粉体粒径的影响,煅烧温度对试样的致密度、电导率的影响。研究表明预烧温度增加,粉体的粒径增加,500℃预烧粉体的粒径为5nm。烧结温度提高,试样致密度增加,试样的电导率也增加;但烧结温度从1300℃提高到1400℃,试样致密度继续增加,而试样的电导率不变。在试样中掺杂氧化锌可以促进烧结,当氧化锌掺量大于2%(物质的量分数)后,试样的电导率下降。     

反向滴定共沉淀法合成新型中温固体氧化物燃料电池阴极材料La0.7Sr0.3-xCaxCo1-yFeyO3-δ

以氢氧化钠和碳酸钠混合碱为沉淀剂,金属硝酸盐为原料,共沉淀法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料La0.7Sr0.3-xCaxCo1-yFeyO3-δ(简称:LSCCF,x=0.05、0.10、0.15、0.20;y=0.10、0.20、0.40)的前躯体.讨论了共沉淀的最佳pH值范围以及加料顺序,TG-DSC研究了LSCCF粉料的形成过程,XRD和SEM对其前驱体在600℃,800℃,1000℃煅烧4h后的晶体结构和粒度形貌进行了研究和表征;并通过与固相合成LSCCF的条件比较可知:pH值在9.1～9.5范围内,反向滴定共沉淀法得到的前驱体在800℃煅烧4h可以合成出纯度高、组份均匀的单一钙钛矿相的LSCCF粉料.使用直流四极探针法在空气气氛下研究不同烧结温度下LSCCF样品从100℃到800℃时的电导率发现:电导率随着烧结温度的升高在增大;随着x从0.05到0.20以及y从0.10到0.40,1200℃烧结3h后样品的电导率却在减少;当x=0.10或0.15时,Ca2+和Sr2+掺杂对电导率产生"混合"效应,致使其值基本相等.且在500～800℃范围所有样品的电导率都超过了100S/cm.合成的阴极材料LSCCF与电解质Ce0.8Sm0.2O2两者间有良好的相容性.     

固体氧化物燃料电池电解质材料 Ce0.8Sm0.2-xCuxO1.9-δ的制备与性能研究

以硝酸铈、硝酸铜、硝酸钐为原料,柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶法制备了固体氧化物燃料电池(SOFCs)电解质材料Ce0.8 Sm0.2-x Cux O1.9-δ(x=0、0.02、0.04、0.08、0.12、0.16、0.20),并通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、交流阻抗(AC)等技术对样品进行了分析表征.结果表明,采用溶胶-凝胶法经600℃煅烧所得粉体呈现出单相的立方萤石结构,超细粉体Ce0.8 Sm0.2-x Cux O1.9-δ具有较高的烧结活性.经1500℃烧结3 h后得到的Ce0.8 Sm0.2-x Cux O1.9-δ系列电解质陶瓷,其相对密度均大于95％.电化学性能研究表明,Sm、Cu双掺杂可以提高CeO2基电解质的性能.其中,Ce0.8 Sm0.18 Cu0.02 O1.89电导率最大,在800℃时达到0.06 S/cm,活化能为0.33 eV.     

钇掺杂对BaSnO3陶瓷热电性能的影响

用固相反应法对BaSnO3材料进行了Ba位Y掺杂,合成了Ba1-xYxSnO3(0≤x≤0.01)系列粉体材料.分析了合成样品的物相组成.将粉体经1350℃烧结后,探讨了Ba1-xYxSnO3陶瓷在室温下的电导率和Seebeck系数与Y掺杂量(x)的关系.结果表明,随x的增大,其Seebeck系数的绝对值增加,电导率下降.当x=0.006时,Ba1-xYxSnO3陶瓷表现出高的功率因子P.     

Bi2V0.9Co0.1O5.5-δ的EDTA-柠檬酸盐法合成与氧离子导电性能

采用EDTA-柠檬酸盐法合成Bi2V0.9Co0.1O5.5-δ超细粉体,采用TG-DSC、XRD、SEM等测试方法对粉体的合成过程、晶体结构和颗粒形态进行了表征.研究结果表明,经450℃热处理可以得到具有单一Aurivillus结构的超细粉体(约为200nm).在620℃下烧结3h可制备出致密的陶瓷样品,陶瓷样品的平均晶粒粒径约为3μm,相对密度达到94.5%.采用交流阻抗谱法研究了Bi2V0.9Co0.1O5.5-δ陶瓷的氧离子导电性能,发现在600℃时Bi2V0.9Co0.1O5.5-δ陶瓷的氧离子电导率达1.0×10-1S·cm-1.     

Ce0.8 Y0.1 Gd0.1 O1.9电解质的制备及其性能研究

通过溶胶凝胶法制备了Y、Gd共同掺杂的CeO2粉末(Ce0.8Y0.1 Gd0.1O1.9,CYG).并将制得的粉末经1400℃下高温烧结4h得到相应的CYG电解质烧结体.对CYG粉末及烧结体进行了相应的性能测试.实验结果表明:用溶胶凝胶法成功制备出了纳米CYG粉末,所得CYG粉末具有良好的烧结活性,1400℃下烧结所得电解质材料烧结体的相对密度达到95.8%.电导率的测试表明,CYG电解质烧结体在中温范围有较高的电导率,800℃时,其电导率达到了0.084S·cm-1.     

阴极材料用Pr0.6-xNdxCa0.4FeO3-δ陶瓷的特性

以Pechini法合成了ABO3型钙钛矿结构的Pr0.6-xNdxCa0.4FeO3-δ(x=01,0.3,0.5)系列稀土复合氧化物粉体.用Fourier变换红外光谱和激光共焦Raman光谱对粉体烧结后样品的化学键及物相进行了表征.用热膨胀仪测定烧结样品的热膨胀系数.通过扫描电镜观察样品用作阴极材料时的微结构及阴极/电解质[钐掺杂氧化铈(samarium-doped ceria,SDC)]复合层的断口形貌.结果表明:1 200℃煅烧2h的样品的主晶相为正交钙钛矿,x=0.3的样品是正交与立方相的混合晶.在室温～1 000 ℃范围内,烧结样品的平均热膨胀系数为12.76x10-6/K,与SDC及La0.8Sr0.2Ga0.85Mg0.15O3-δ(LSGM)电解质的热膨胀系数一致.烧结样品内部孔隙分布均匀,孔隙率约35%,阴极/电解质复合层界面清晰.将复合氧化物粉体和SDC在1 200℃煅烧10h没有检测出第三相.