無機鹽摻雜ba(zr1xcex)0.9y0.1o2.95質(zhì)子導(dǎo)體的制備和性能研究

1、無機鹽摻雜B a ( Z r l ．x C e x ) 0 ．9 Y 0 ．1 0 2 ．9 5 質(zhì)子導(dǎo)體的制備和性能研究F a b r i c a t i o na n d P r o p e r t i e so f S a l tD o p e dB a ( Z r l ．x C e xo ．9 Y 0 ．1 0 2 ．9 5C o m p o s i t eP r o t o n C o n d u c t o r s學(xué)科專業(yè)：

2、材料學(xué)研究生：鄧雅平指導(dǎo)教師：郭瑞松教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二零一零年六月 一夸一苓牛六月醒●■√摘 要B a Z r 0 3 基質(zhì)子導(dǎo)體具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和晶粒電導(dǎo)率，但其燒結(jié)性能差( > 1 7 0 0 ℃) 、總電導(dǎo)率低；B a C e 0 3 基質(zhì)子導(dǎo)體具有較高的質(zhì)子電導(dǎo)率，但在C 0 2 ／H 2 0 氣氛中穩(wěn)定性較差，易發(fā)生分解。本論文在詳細(xì)研究兩者各自優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，以B a Z r 0 3 為主體，制備了Y

3、 摻雜的B a Z r 0 3 一B a C e 0 3 復(fù)合基體材料。采用Z n O 為燒結(jié)助劑，降低了質(zhì)子導(dǎo)體的燒結(jié)溫度，提高了燒結(jié)密度。進(jìn)一步選擇合適的無機鹽作為第二相添加劑，制備了鋯鈰酸鹽／無機鹽復(fù)相質(zhì)子導(dǎo)體，并對它們的各項性能進(jìn)行了表征。采用高溫固相法制備了B a ( Z r l ．。C e x ) O ．9 Y 0 ．i 0 2 ．9 5 ( B Z C Y ) ( x = O ．1 、0 ．2 、0 ．3 )系列粉體，在1

4、 6 0 0 “ C ，保溫4 h 的條件下，得到了B Z C Y 系列質(zhì)子導(dǎo)體。實驗結(jié)果表明，x = 0 ．3 時制備的B Z C Y 3 試樣具有較高的質(zhì)子電導(dǎo)率，8 0 0 ℃電導(dǎo)率最大值為5 ．8 7 x 1 0 一S ／c m 。以Z n O 為燒結(jié)助劑，探索了Z n O ( ≤4 m o l ％) 添加量對B Z C Y 3 材料燒結(jié)性能和電性能的影響。研究表明，添加2 m 0 1 ％Z n O 可以使材料的燒結(jié)溫度降低1

5、5 0℃，且燒結(jié)密度達(dá)到9 6 ％以上。選擇N a C l 作為第二相無機鹽，制備了B Z C Y 3 ．Z 2 ／N a C I 系列復(fù)相質(zhì)子導(dǎo)體。研究結(jié)果表明，1 4 0 0 “ ( 2 燒結(jié)6 h ，添加1 0 m 0 1 ％N a C l 制備的B Z C Y 3 ．Z 2 ．C 1 1 0 質(zhì)子導(dǎo)體具有較好的質(zhì)子傳導(dǎo)性，其電導(dǎo)率( 1 ．2 6 x 1 0 。2 S ／c m ) 大于B Z C Y 3 ．Z 2 。同時又選擇

6、N a 2 S 0 4 作為第二類無機鹽，制備了B Z C Y 3 ．Z 2 ／N a 2 S 0 4 復(fù)相質(zhì)子導(dǎo)體，結(jié)果表明添加2 0 ％N a 2 S 0 4 的B Z C Y 3 ．Z 2 ／$ 2 0 質(zhì)子導(dǎo)體在1 3 7 0 ℃／2 h 條件下燒結(jié)后具有相對較好的性能。兩個系列復(fù)相結(jié)構(gòu)的質(zhì)子導(dǎo)體依然保持了立方鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)，無機鹽以熔融狀態(tài)分布于晶界上，對降低晶界勢壘具有促進(jìn)作用。關(guān)鍵詞：B a Z r 0 3 ，B a C e