论文部分内容阅读
自从1981年日本名古屋大学的Iwahara等发现掺杂Y的钙钛矿型氧化物SrCeO<,3>，在一定氢分压下具有优良的质子传导性以来，钙钛矿型氧化物陶瓷电解质在燃料电池、高纯氢气制备，湿度传感器、化合物偶联与脱氢等方面的应用成为研究热点。在这类材料中，三价稀土元素掺杂的BaCeO<,3>显示出有较高的质子导电性，但在含CO<,2>气体的气氛中不稳定，容易与其反应，导致电解质的分解。与BaCeO<,3>基材料相比，BaZrO<,3>基材料在含CO<,2>气氛下性能稳定，其质子电导率也较高，是近几年来研究较多的材料。但由于BaZrO<,3>基陶瓷烧结较困难，需要1500℃以上的高温，所以也存在不足。基于这些问题，我们设计了以下化学成分的陶瓷体：BaCe<,0.9-x>Zr<,x>M<,0.1>O<,3-δ>(X=-0.1，0.2，0.4：M=Gd，Nd；δ是每个单位分子式的氧缺陷)。
本文选择BaCe<,0.9-x>Zr<,x>M<,0.1>O<,3-δ>(M=Gd，Nd；X=0.1，0.2，0.4)这两个体系作为研究对象。采用Pechini法制备了这些固体电解质陶瓷材料。干凝胶煅烧温度为1100℃，烧结温度1450℃，均低于日本学者1wahara用高温固相合成法(粉体煅烧温度1400℃，烧结温度1700℃)制备样品时的温度。用失重差热法测试了材料的最佳煅烧温度，用粉末X射线衍射法鉴定各材料的结晶相，用SEM观测烧结体的微观结构，用交流阻抗谱法测试材料在含水空气气氛中的电导率。根据测定结果，系统研究了Zr的含量、稀土掺杂离子对BaCe<,0.9-x>Zr<,x>M<,0.1>O<,3-δ>(M=Gd，Nd)体系电导率的影响。通过这些研究得到了以下结论：(1)1100℃煅烧后，所制备的粉体均具有钙钛矿型BaCeO<,3>立方晶结构，粉体的晶粒直径均小于51nm。(2)粉体具有良好烧结性，在1450℃烧结10小时得到致密陶瓷体，实测密度大于理论密度的93％。(3)在湿空气下，BaCe<,0.9-x>Zr<,x>M<,0.1>O<,3-δ>(M=Gd，Nd；X=0.1，0.2 0.4)系列材料均显示了良好的质子导电性。随着Zr掺杂量的增加，质子迁移活化能变大。(4)BaCe<,0.9-x>Zr<,0.1>M<,0.1>O<,3-δ>体系中，掺杂Gd的电导率比掺杂Nd的电导率高。