Gd摻雜CeO-,2-電解質(zhì)薄膜的生長與電學(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，是目前SOFC領(lǐng)域的研究熱點之一。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，尚需對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GDC薄膜的生長與電學(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薄膜物相、晶粒大小、微觀形貌進行了表征，利用交流阻抗譜儀測試了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，薄膜呈強的(111)織構(gòu)生長，500℃、600℃時，薄膜呈現(xiàn)無規(guī)則取向生長。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，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，薄膜表面呈沿同一方向排列的棱形島狀生長，Rrms>-12nm；500-600℃時，薄膜表面島呈球形，尺寸變小，Rrms≈2nm。沉積溫度為300℃時，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，晶粒形狀不規(guī)則，晶粒尺寸相對較??；600℃時，晶界體積分?jǐn)?shù)相

4、對較大。GDC薄膜以上的特征證明：500℃是薄膜生長模式的轉(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。對于同一GDC薄膜：電容C基本上不隨測試溫度變化，電阻R隨測試溫度的下降呈指數(shù)規(guī)律增大；GDC薄膜的電導(dǎo)率隨測試溫度的升高呈指數(shù)規(guī)律增大，最大為0.0151s.cm-1。對于不同沉積溫度下的GDC薄膜有：在測試溫度范圍內(nèi)，沉積溫度為300-500℃時GDC薄