CaZr1-xMxO3-α的制備及性能研究.pdf

1、近年來，國內外學者對鈣鈦礦型SrCeO3基、BaCeO3基、CaZrO3基、SrZrO3基質子導體進行了系列應用研究，發(fā)現以SrCeO3、BaCeO3為基的固體電解質材料在高溫含水或氫的氣氛中，表現出較高的質子導電性，因其與CO2反應使其化學穩(wěn)定性降低。而CaZrO3基質子導體的導電性能雖低于同溫度下的BaCeO3基等陶瓷，但在低溫領域有較好的化學穩(wěn)定性，強度較高，引起了很多學者的關注。其中In摻雜CaZrO3固體電解質已用于工業(yè)定氫傳

2、感器。但是到目前為止開發(fā)的定氫傳感器電解質在高溫環(huán)境下化學穩(wěn)定性差導致分解：In2O3(s)=In2O(g)+O2(g)，影響摻雜效果，降低了金屬液定氫傳感器的測量精度，而且氧化銦價格昂貴，提高了傳感器的制造成本。因此，本論文著重研究離子摻雜CaZrO3質子導電固體電解質的電化學特性等一些基礎科學問題，為更高效的氫傳感器開發(fā)奠定基礎。通過研究旨意替換氫傳感器的電解質，解決高溫不穩(wěn)定和連續(xù)測量時間短的缺點。
　　本文采用固相反應法制

3、備CZIAl、CZIYb和CZYb系列固體電解質，并對其進行物相表征和性能測試，XRD結果顯示，所測試樣均合成了單一鈣鈦礦結構，且無第二相產生；試樣表面和斷面的SEM結果顯示晶粒分布較均勻，晶粒直徑均在8μm以內，晶界較清晰，晶界之間結合較緊密，無明顯氣孔。采用交流阻抗譜法測定CZIAl、CZIYb和CZYb系列質子導體在不同測試溫度、不同測試氣氛下的電導率。同種氣氛條件下673-1223 K時，質子導體電導率分別為1.8×10-8~7

4、.1×10-6 S/cm、8.5×10-8~1.6×10-4 S/cm、2.3×10-10~3.3×10-5 S/cm，且隨著溫度的升高質子導體電導率顯著增大。673-1223 K時，質子導體電導率隨著氣氛中水蒸氣分壓的增大有不斷增大的趨勢；673-1223 K時，隨著氣氛中氧分壓的增大，質子導體電導率無明顯邊變化。CZIAl、CZIYb和CZYb系列固體電解質質子導體電導激活能分別為1.51-2.03 eV、0.94-2.66 eV、