無(wú)機(jī)致密透氧膜的氧滲透及其機(jī)理研究.pdf

1、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文無(wú)機(jī)致密透氧膜的氧滲透及其機(jī)理研究姓名：謝松申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專(zhuān)業(yè)：無(wú)機(jī)化學(xué)指導(dǎo)教師：孟廣耀;陳初升19990801中國(guó)科學(xué)技術(shù)人學(xué)博士論文 摘要明離子電導(dǎo)與氧分壓基本無(wú)關(guān)，在此基礎(chǔ)上計(jì)算了樣品的離子電導(dǎo)率。在9 0 0 ．1 1 0 0 ℃，離子電導(dǎo)率在l O ’’．1 0 。S ／e r a 量級(jí)，隨溫度降低而顯著下降。由不同方法制各的相同組成的樣品，雖然厚度不同，但計(jì)算得到的離子電導(dǎo)率非常一致，樣品的離

2、子電導(dǎo)活化能約為1 2 0 ．1 3 0 k J ／m o l 。P ”～r 一一一～一 ，第四章主要對(duì)S r 。F e 。C o 。O 。層狀復(fù)合氧化物的相結(jié)構(gòu)、電學(xué)性能、氧滲透和氧化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了研究。舟羊品由固相反應(yīng)法制備，X R D 和S E M 分析表明：C o 含量較低時(shí)，樣品由單一的層狀相組成，在C o 含量大于1 ．5 后，相組成為多相，主要由層狀相和鈣鈦礦相組成，在C o 含量增至2 ．4 后，樣品主要由鈣鈦礦相組成

3、。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于沒(méi)有經(jīng)過(guò)酸處理的樣品，以不含C o 的樣品氧滲透率最大，經(jīng)過(guò)酸處理后，C o 含量為2 ．O 樣品的氧滲透率提高了將近一個(gè)數(shù)量級(jí)，在1 1 0 0 ℃時(shí)可達(dá)6 ．0 6 x 1 0 —m o l ／c m 2 ．S 。電導(dǎo)測(cè)量表明隨C o 含量的增加，樣品的電導(dǎo)率呈上升趨勢(shì)。在測(cè)量的溫度范圍內(nèi)，樣品的電導(dǎo)總的來(lái)說(shuō)隨溫度下降而下降，呈半導(dǎo)體導(dǎo)電的特征，但C o 含量大于1 ．5 后，在9 0 0 ℃附近出現(xiàn)隨溫度下降先

4、升后降的趨勢(shì)。對(duì)于C o 含量為2 ．0 的樣品，電導(dǎo)率在9 ．1 9 S ／c m ，而不含C o 的樣品則為O ．5 2 ．1 ．0 8 S ／c m 。采用電化學(xué)弛豫法測(cè)量了樣品的氧化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)，也出現(xiàn)了與電導(dǎo)測(cè)量中類(lèi)似的在9 0 0 ℃左右出現(xiàn)拐點(diǎn)的現(xiàn)象，該體系的氧化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)在9 0 0 。C 時(shí)基本上可達(dá)到l O ～．1 0 - 7 c m 2 ／s ，對(duì)x = 0 ．0 ，0 ．6 ，1 ．0 的樣品，氧化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)隨C

5、o 含量的增加而下降，氧化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)的活化能分別為1 3 9 ．5 9 + 6 ．2 5 k J ／m o l ，7 6 ．1 8 + 7 ．1 4 k J ／m o l ，7 6 ．5 7 - + 5 ．5 4 k J ／m o l 。B i 2 s r 2 c a 。一l C u 。0 2 ?( n = l ，2 ) 的晶胞中包含B i 2 0 2 和C u 0 2 層，它們中高溫時(shí)可分別傳導(dǎo)氧離子和電子，因此對(duì)氧有選擇性滲透能力，

6、本論文第五章表征了該復(fù)合氧化物的氧滲透和電學(xué)性能。分別采用高溫淬火和固相反應(yīng)法制備了B i 2 S r 2 C u 0 6 ( 2 2 0 1 相) 和B i 2 S r 2 C a C u 2 0 3 ( 2 2 1 2 相) 樣品。2 2 1 2 相具有很高的電導(dǎo)率，可達(dá)1 0 2 S ／c m 量級(jí)，在測(cè)量的溫度范圍內(nèi)隨溫度降低電導(dǎo)率升高，表現(xiàn)出金屬導(dǎo)電的性質(zhì)，而2 2 0 1 相的電導(dǎo)率則比2 2 1 2 相低將近2 個(gè)數(shù)量級(jí)，

7、電導(dǎo)率隨溫度下降而降低，呈半導(dǎo)體導(dǎo)電的特征。2 2 0 1 和2 2 1 2 相在中溫條件下均有較好的氧滲透能力，2 2 0 1 相在8 0 0 ℃時(shí)可達(dá)1 0 T m o l ／c m 2 - S 量級(jí)，2 2 1 2 相在7 6 0 ℃時(shí)可達(dá)4 ．7 ×1 0 - 8 m o l ／c m 2 ．S ，氧滲透活化能分別為1 5 3 ．6 - + 4 ，2 和1 1 4 ．9 - + 3 ．6 k J ／m o l 。通過(guò)計(jì)