氧化鈰基固體電解質(zhì)材料性能的研究.pdf

1、本文針對摻雜的氧化鈰基中溫固體氧化物電解質(zhì)材料進行了研究，在理論分析和實驗的基礎(chǔ)上探討了摻雜劑對電解質(zhì)電學(xué)性能的影響。 在原子尺度，采用能量最小化算法，運用GULP程序，對摻雜堿土金屬氧化物MO(M2+：Ca2+，Sr2+，Ba2+，Mg2+)和三價金屬氧化物M2O3(M3+：Al3+，Y3+，Gd3+，La3+)的CeO2電解質(zhì)材料的缺陷行為，如基本點缺陷，缺陷復(fù)合體形成和氧空位躍遷進行了研究。 通過模擬MO摻雜的氧化

2、鈰基電解質(zhì)缺陷行為研究發(fā)現(xiàn)，通過氧空位電荷補償缺陷形式，與Sr2+，Ba2+，Mg2+相比Ca2+固溶能低；CeO2晶格常數(shù)隨著CaO、SrO、BaO摻雜量的增加而增加，隨著MgO摻雜量的增加而減少；Ca2+與氧空位形成[M"Ce·Vo]x缺陷對的束縛能最低；帶電缺陷體[V"o·M"Ce·V"o]"在CeO2中是不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，中性缺陷體[V"o·M"Ce·V"o·V"o]x是穩(wěn)定存在的缺陷結(jié)構(gòu)；氧空位在次近鄰間的躍遷能最低，因此最容易實現(xiàn)

3、躍遷。通過模擬M2O3摻雜的CeO2基電解質(zhì)材料的缺陷行為發(fā)現(xiàn)，在三價離子固溶于CeO2反應(yīng)中，摻Gd3+的固溶能低，摻Al3+的固溶能比稀土元素高；隨著Gd2O3、La2O3摻雜量的增加，CeO2晶格常數(shù)增加，Y2O3與之相反；氧空位趨向位于半徑比Gd3+小的摻雜離子的第一近鄰位置，而對于比Gd3+半徑大的離子，氧空位位于其第二近鄰位置，摻雜離子Gd3+和氧空位的結(jié)合能最大，Al3+與氧空位的結(jié)合能最??；摻雜Al3+離子時，氧空位躍遷