Gd摻雜CeO-,2-電解質(zhì)薄膜的生長(zhǎng)與電學(xué)特性研究.pdf

1、摻雜CeO2基電解質(zhì)材料替代傳統(tǒng)的YSZ電解質(zhì)材料是發(fā)展中溫固體氧化物燃料電池的趨勢(shì)，是目前SOFC領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。摻雜濃度為10％～20％左右的Gd2O3摻雜的CeO2(GDC)電解質(zhì)因在400～700℃溫度下具有較高離子電導(dǎo)率，使其成為最有希望的替代材料之一。為了滿足電解質(zhì)材料薄膜化、中溫化的發(fā)展趨勢(shì)，尚需對(duì)GDC電解質(zhì)材料制備工藝的改善和離子電導(dǎo)率的提高進(jìn)行更加深入的研究。 本文采用反應(yīng)射頻磁控濺射方法，利用Gd/Ce

2、鑲嵌復(fù)合靶，探索非晶石英基片上沉積溫度對(duì)GDC薄膜的生長(zhǎng)與電學(xué)特性的影響。采用X射線衍射儀、原子力顯微鏡和透射電鏡對(duì)薄膜物相、晶粒大小、微觀形貌進(jìn)行了表征，利用交流阻抗譜儀測(cè)試了GDC薄膜的電學(xué)性能。結(jié)果表明： GDC薄膜成分基本上不隨沉積溫度變化，Gd原子的摩爾百分?jǐn)?shù)約為14.3％。GDC薄膜的物相結(jié)構(gòu)隨沉積溫度變化，沉積溫度為300℃、400℃時(shí)，薄膜呈強(qiáng)的(111)織構(gòu)生長(zhǎng)，500℃、600℃時(shí)，薄膜呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則取向生長(zhǎng)。晶

3、粒尺寸隨沉積溫度變化，300-500℃范圍內(nèi)，晶粒尺寸隨沉積溫度升高而減小，600℃時(shí)，晶粒尺寸又變大。薄膜表面形貌隨沉積溫度變化，沉積溫度為300-400℃時(shí)，薄膜表面呈沿同一方向排列的棱形島狀生長(zhǎng)，Rrms>-12nm；500-600℃時(shí)，薄膜表面島呈球形，尺寸變小，Rrms≈2nm。沉積溫度為300℃時(shí)，薄膜內(nèi)晶粒大致呈三角形，晶粒尺寸較大；沉積溫度為400-600℃時(shí)，晶粒形狀不規(guī)則，晶粒尺寸相對(duì)較??；600℃時(shí)，晶界體積分?jǐn)?shù)相

4、對(duì)較大。GDC薄膜以上的特征證明：500℃是薄膜生長(zhǎng)模式的轉(zhuǎn)變溫度。 GDC薄膜的Nynist阻抗譜圖由一高頻區(qū)近似完美的半圓和低頻區(qū)一小段圓弧組成，等效電路為RC并聯(lián)電路。對(duì)于同一GDC薄膜：電容C基本上不隨測(cè)試溫度變化，電阻R隨測(cè)試溫度的下降呈指數(shù)規(guī)律增大；GDC薄膜的電導(dǎo)率隨測(cè)試溫度的升高呈指數(shù)規(guī)律增大，最大為0.0151s.cm-1。對(duì)于不同沉積溫度下的GDC薄膜有：在測(cè)試溫度范圍內(nèi)，沉積溫度為300-500℃時(shí)GDC薄