Gd2(Zr1–xMx)2O7+δ(M=Ce,Nb,Mo)固體電解質(zhì)材料的制備與電學(xué)性能研究.pdf

1、本文選用Gd2O3、m-ZrO2和摻雜氧化物(CeO2, Nb2O5和MoO3)為原材料，采用無壓燒結(jié)制備出高致密度的置換型稀土鋯酸鹽Gd2(Zr1-xCex)2O7(0≤x≤0.3)、Gd2(Zr1-xNbx)2O7+x(0≤x≤0.3)和Gd2(Zr1-xMox)2O7+2x(0≤x≤0.2)體系的陶瓷材料；采用X射線衍射、掃描電鏡等手段研究了稀土鋯酸鹽材料的微觀組織結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)變機(jī)理；采用交流阻抗譜法測試了稀土鋯酸鹽材料的電導(dǎo)率，并

2、揭示其導(dǎo)電機(jī)理。
　　對Gd2B2O7型稀土鋯酸鹽材料進(jìn)行摻雜改性，將不同價(jià)態(tài)的陽離子Ce4+, Nb5+和Mo6+引入B4+位合成的Gd2(Zr1-xCex)2O7(0≤x≤0.3)、Gd2(Zr1-xNbx)2O7+x(0≤x≤0.3)和Gd2(Zr1-xMox)2O7+2x(0≤x≤0.2)體系的塊體材料均為完全互溶固溶體，且具有高的致密度，相對密度達(dá)到95.0％左右。
　　在B位摻雜不同價(jià)態(tài)陽離子后形成的置換型固溶體

3、Gd2(Zr1-xCex)2O7(0.1≤x≤0.3)、Gd2(Zr1-xNbx)2O7+x(0.1≤x≤0.3)和Gd2(Zr1-xMox)2O7+2x(0.1≤x≤0.2)的晶體結(jié)構(gòu)與陽離子半徑的比值[r(Gd3+)/r(B4+)]有直接的關(guān)系。對于基體Gd2Zr2O7來說，陽離子半徑比值r(Gd3+)/r(Zr4+)等于1.46，正好處于燒綠石結(jié)構(gòu)與缺陷型螢石結(jié)構(gòu)的理論臨界邊界值，并且材料的燒結(jié)溫度(1973K)高于其有序無序相變

4、溫度(1803K)，為無序的缺陷型螢石結(jié)構(gòu)。對于置換型固溶體Gd2(Zr1-xCex)2O7(0.1≤x≤0.3)體系，陽離子半徑比值r(Gd3+)/r(B4+)小于1.46，為無序的缺陷型螢石結(jié)構(gòu)；而對于置換型固溶體Gd2(Zr1-xNbx)2O7+x(0.1≤x≤0.3)和Gd2(Zr1-xMox)2O7+2x(0.1≤x≤0.2)體系，其陽離子半徑比值r(Gd3+)/r(B4+)均大于1.46，為有序的燒綠石結(jié)構(gòu)。
　　對于

5、置換型稀土鋯酸鹽Gd2(Zr1-xCex)2O7(0.1≤x≤0.3)和Gd2(Zr1-xMox)2O7+2x(0.1≤x≤0.2)體系，隨著摻雜量x的增加，材料的電導(dǎo)率是降低的。而對于Gd2(Zr1-xNbx)2O7+x體系，隨著摻雜量 x的增加，材料的電導(dǎo)率先上升，然后下降，在x=0.1時(shí)，材料的電導(dǎo)率達(dá)到最大值(4.34×10-3S·cm-1,1073K)。
　　對于同一組分的稀土鋯酸鹽Gd2(Zr1-xMx)2O7+δ(M

6、=Ce,Nb,Mo)固溶體體系，材料的電導(dǎo)率隨著溫度的升高而升高。而在同一溫度下，不同摻雜體系和含量的稀土鋯酸鹽材料的電導(dǎo)率與其晶體結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)置換型稀土鋯酸鹽中金屬陽離子半徑比值r(Gd3+)/r(B4+)在1.48附近，且B位的兩種金屬陽離子半徑相差最小的Gd2(Zr1-xNbx)2O7+x固溶體體系中，材料電導(dǎo)率達(dá)到了本文所有研究體系的最大值。
　　在673-1073K溫度范圍、氧分壓為1.0×104-1.0atm