Nd摻雜對(duì)La(Sr)Ga(Mg)O3離子傳導(dǎo)的影響.pdf

1、由于氧離子導(dǎo)體在燃料電池、氧傳感器以及固態(tài)離子器件等方面的廣闊應(yīng)用前景而倍受關(guān)注，人們對(duì)其進(jìn)行的理論和實(shí)驗(yàn)研究是越來越深入和細(xì)致，并取得了許多突破性的進(jìn)展。Sr和Mg摻雜的LaGaO3(LSGM)在中低溫區(qū)具有較高的離子電導(dǎo)率，對(duì)氧分壓的容忍性好，被認(rèn)為是具有很大發(fā)展?jié)摿Φ墓腆w電解質(zhì)材料。在LaGaO3基電解質(zhì)中Mg的引入對(duì)電導(dǎo)率的提高有明顯的作用，這是因?yàn)镸g2+的半徑與Ga3+的半徑很接近，從而更容易進(jìn)入晶格；Mg2+為二價(jià)陽離子，

2、可產(chǎn)生多余的氧空位，Mg2+的引入可以增加La位Sr的溶解度。
　　LSGM體系在中低溫區(qū)具有較高的離子電導(dǎo)率，能夠更易于應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)，但是LSGM體系自身的導(dǎo)電活化能較高，合成過程中易產(chǎn)生LaSrGa3O7和LaSrGaO4雜質(zhì)等，還有待于進(jìn)一步研究。稀土鎵酸鹽只有LaGaO3，PrGaO3，NdGaO3可以在常壓下合成，同時(shí)，摻雜PrGaO3和NdGaO3比摻雜LaGaO3的導(dǎo)電活化能更小，Nd摻雜的LaGaO3具有較高的離

3、子遷移數(shù)，因此可以在LSGM的A位中摻入Nd，降低它的導(dǎo)電活化能，提高LSGM中低溫區(qū)的電導(dǎo)率。
　　本文采用固相反應(yīng)法制備了LSGM及Nd摻雜的LSGM固體電解質(zhì)材料并探討了氧離子在LaGaO3晶格中遷移的微觀機(jī)制。
　　La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85的精修結(jié)果表明其鈣鈦礦相已經(jīng)形成，可與Pbnm群很好的擬合，并給出了相應(yīng)的晶格常數(shù)。隨著Nd摻雜濃度的提高，LaGaO3的主峰逐漸移向高角度方向，由于Nd

4、3+　　不同燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對(duì)LSGM體系電解質(zhì)的電導(dǎo)率具有很大的影響，在1300-1450℃之間燒結(jié)易產(chǎn)生雜相，對(duì)于不同比例的樣品，有著不同的適宜燒結(jié)條件。其中La0.9Sr0.1Ga0.8M

5、g0.2O3在1400℃燒結(jié)4h的樣品導(dǎo)電活化能最低，為52.93kJ/mol，對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)率也比相同溫度下保溫8h和20h的兩個(gè)高，800℃時(shí)為6.7×10-2S/cm，700℃時(shí)為2.72×10-2 S/cm。La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3的活化能Ea=6.76kJ/mol小于Edc=52.93kJ/mol，直流電導(dǎo)的活化能大于離子躍遷所需要的晶格活化能。對(duì)于摻雜Nd后的LSGM來說La0.7Nd0.2Sr0.1Ga0.

6、9Mg0.1O3在800℃時(shí)電導(dǎo)率為0.033 S/cm，700℃時(shí)為0.015S/cm，導(dǎo)電活化能為84.8kJ/mol，需要克服的晶格活化能為68.2kJ/mol。
　　觀察到LNSGM固體電解質(zhì)具有典型的介電弛豫現(xiàn)象，隨著頻率的增加，損耗峰大小基本不發(fā)生變化，損耗峰向高溫方向移動(dòng)，在峰強(qiáng)處介電常數(shù)急劇變化，對(duì)于Mg-10％系列的樣品，Nd的摻雜濃度對(duì)低溫?fù)p耗峰的影響較小，對(duì)高溫?fù)p耗峰的影響較大，隨著A位和B位摻雜濃度的增加，