固體電解質(zhì)在力-電化學(xué)場耦合作用下的力學(xué)行為研究.pdf

1、在能源短缺與環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的形勢下,固體氧化物燃料電池發(fā)電技術(shù)得到了越來越多的關(guān)注與研究。然而其商業(yè)化還有待于許多關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步,找到一種擁有高離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度的固體電解質(zhì)是其中一個(gè)十分重要的方面。固體電解質(zhì)膜有較高離子電導(dǎo)的原因在于分布于其中的氧離子空位,然而這些點(diǎn)缺陷嚴(yán)重影響材料的力學(xué)性能。同時(shí),固體電解質(zhì)膜的力學(xué)行為又會(huì)對(duì)氧離子傳導(dǎo)的性能產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響其工作效率。因此,本文利用分子動(dòng)力學(xué)方法,對(duì)固體電解質(zhì)材料氧化釓摻雜的

2、氧化鈰(GDC)在單軸拉伸載荷作用下的力學(xué)行為和其中氧離子的擴(kuò)散行為進(jìn)行了模擬,從微觀角度對(duì)GDC的力學(xué)行為做了系統(tǒng)的研究,并分析了各種因素對(duì)力學(xué)性能及擴(kuò)散性能的影響。
　　首先介紹了分子動(dòng)力學(xué)的基本原理,在此基礎(chǔ)上制定了適合于單軸拉伸試驗(yàn)過程的分子動(dòng)力學(xué)模擬方案。通過控制GDC的摻雜濃度,建立不同缺陷濃度的模型。在不同溫度下對(duì)不同缺陷濃度的GDC進(jìn)行單軸拉伸模擬試驗(yàn)。結(jié)合GDC在單軸拉伸模擬試驗(yàn)過程中的微觀模型和相應(yīng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的變

3、化,發(fā)現(xiàn)了GDC從螢石結(jié)構(gòu)到金紅石及其孿晶結(jié)構(gòu)的應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變。并從微觀角度對(duì)相變的機(jī)理及其分類進(jìn)行了探討。
　　然后通過比較不同缺陷濃度GDC的力學(xué)行為,發(fā)現(xiàn)了氧離子空位的增多對(duì)相變行為有很大影響,進(jìn)而影響變形與材料承載能力。結(jié)合前文從微觀角度對(duì)力學(xué)行為的分析,對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。所得拉伸強(qiáng)度隨摻雜濃度變化的變化趨勢與實(shí)驗(yàn)值相吻合。
　　最后,利用分子動(dòng)力學(xué)方法,對(duì)GDC中的氧離子擴(kuò)散行為進(jìn)行了模擬。通過計(jì)算與比較在