纳米CeO_(2)掺杂的YBCO超导块材的制备及其性能

本文采用两种熔渗生长工艺(011-IG和211-IG)制备纳米CeO_(2)掺杂的Y-Ba-Cu-O(YBCO)超导块材,同时使用一种坑式籽晶模式来阻止薄膜籽晶在热处理过程中的移动,随后对样品的生长形貌、微观结构和超导性能进行研究.结果表明,在低掺杂量(质量分数为1%)下,YBCO晶体的正常生长不会受到影响,用两种工艺均能成功制备生长完全的单畴YBCO超导块材,且籽晶的位置没有发生任何移动,证明了新籽晶模式的有效性.扫描电子显微镜结果表明,纳米CeO_(2)掺杂可以有效细化超导块材内Y_(2)BaCuO_(5)(Y-211)微米级粒子的尺寸,且该方法对两种工艺均有效.低温磁性测试结果表明,011-IG法制备的纳米CeO_(2)掺杂的样品在低外场下呈现出比未掺杂样品明显优越的J_(c)性能,说明细化的Y-211粒子可以有效地提高δl型钉扎.此外,相比211-IG法制备的样品,011-IG法制备的样品在磁悬浮力、微观形貌和J_(c)性能等方面表现更优越,因此011-IG法是一种更有潜力的制备工艺.本文结果对进一步提高YBCO超导块材的性能和优化制备工艺有重要意义.

PS-PVD用CeO_(2)掺杂8YSZ团聚粉末及其涂层

在纳米ZrO_(2)-8%Y_(2)O_(3)(摩尔分数)(8YSZ)粉末中掺杂20%(质量分数)微米级CeO_(2)粉末,并通过喷雾干燥合成CeO_(2)-8YSZ(CYSZ)复合团聚粉体。借助激光粒度仪和扫描电镜(SEM)及附带能谱仪(EDS)考察羧甲基纤维素黏结剂(carboxymethyl cellulose,CMC)质量分数对复合团聚粉体性能影响。采用PS-PVD制备具有柱状结构的CYSZ热障涂层,对涂层截面和表面进行EDS分析。采用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析涂层物相。结果表明:黏结剂质量分数达到2%时可获得球形度高、粒度分布均匀的团聚粉体;制备的涂层中Ce元素呈均匀分布;涂层物相基本为t-相结构,其中Ce^(4+)取代Zr^(4+)进入ZrO_(2)晶格形成类质同象的固溶体结构,显示出CeO_(2)掺杂对t-相向m-相转变的抑制作用;所制备CYSZ涂层在1100℃,水冷循环100次后仍保持完整,展现出较高的抗热冲击性能。

固体氧化物燃料电池用CeO_(2)基电解质的研究进展

作为一种高效的能源转换装置,固体氧化物燃料电池(SOFC)因具有高效率、环境友好和燃料灵活等优点受到广泛关注。电解质作为SOFC的核心部分,其性能的好坏直接决定SOFC的性能。SOFC使用的传统电解质材料是部分氧化钇稳定的氧化锆(YSZ),但因其工作温度高(约1000℃),由此带来电极材料的选择、密封等诸多困难。因此,开发适用于中低温下的电解质对推进SOFC的商业化进程至关重要。单元素掺杂的氧化铈基电解质在中低温下的电导率高于同温度下YSZ的电导率。然而,CeO_(2)基电解质也存在以下不足:在低氧分压下,部分Ce^(4+)被还原为Ce^(3+)而产生电子电导;在中低温度下,晶界电阻较大而使总电导率降低。影响CeO_(2)基电解质电导率的因素较多,如粉体的制备方法、烧结体的微观形貌、掺杂剂的种类和浓度。其中,较为重要的影响因素是掺杂剂的种类及其浓度、粉体的制备方法。针对以上问题,研究人员普遍认为,相比于单掺杂CeO_(2),元素共掺或多掺(尤其掺杂稀土元素)更有利于改善电解质的离子电导率,并降低电子电导率。掺杂元素的种类通常包括:稀土元素和部分碱土金属元素。除元素掺杂外,不同碳酸盐复合的CeO_(2)基电解质也引起了研究人员的兴趣。在制备方法上,采用微波烧结、多元醇法、静电纺丝等不同粉体制备方法可得到高离子电导率的电解质,此外,将电解质薄膜化或采用脉冲激光沉积(PLD)在CeO_(2)电解质基底上沉积一层隔膜都可以降低电子电导,提高电导率。本文结合最近几年学者们对CeO_(2)基电解质的研究状况,简述了元素掺杂、粉体的制备方法以及电解质薄膜对CeO_(2)基电解质电性能的影响,并对其发展进行了展望。

Cr-Fe共掺CeO_(2)纳米颗粒的结构和铁磁性能

采用溶胶-凝胶法制备了Cr-Fe共掺CeO_(2)(Ce_(0.99-x)Cr_(x)Fe_(0.01)O_(2),x=0,0.01,0.02,0.03)纳米颗粒,对其结构及物相、形貌尺寸和磁学性能进行分析研究。XRD和Raman研究表明,Cr-Fe共掺CeO_(2)纳米颗粒未破坏CeO_(2)原有的立方萤石晶体结构,且样品中没有第二相出现。随着Cr掺杂浓度的增大,晶粒尺寸减小,结晶质量下降。SEM照片显示纳米颗粒呈球形,且尺寸均匀,分散性好,颗粒大小在20 nm左右。磁性测试结果表明,在磁场强度为10 kOe时,样品在低温(10 K)下的磁化强度大于室温(300 K)。所有磁性测量都表现出磁滞现象,表明样品具有低温和室温铁磁性能。随着Cr掺杂量的增加,矫顽力及在磁场强度为10 kOe时的磁化强度明显提高。结合XRD和Raman研究结果,可以认为样品的铁磁性属于Cr-Fe共掺CeO_(2)纳米颗粒的本征性能。

自蔓延燃烧制备Ce_(0.8)Sm_(0.05)Y_(0.15)O_(1.9)电解质粉体及烧结性能

以甘氨酸为燃料,采用自蔓延燃烧法制备了电解质粉体Ce_(0.8)Sm_(0.05)Y_(0.15)O_(1.9)(SYDC),通过TG⁃DSC,XRD,TEM和FE⁃SEM等手段对干凝胶前驱体的热分解行为、相转化过程和SYDC粉体的性能进行表征.SYDC粉体模压成型后在1250℃烧结2 h制成烧结样品,通过测试样品的密度及微观形貌等考察了粉体的烧结性能.结果表明:甘氨酸⁃硝酸盐干凝胶自蔓延燃烧的点火温度约为267.7℃;通过控制工艺参数,借助低温燃烧过程可直接获得立方萤石结构的纯相SYDC固溶体;SYDC粉体粒度分布均匀,平均晶粒度为57 nm,粒子间虽有轻微团聚,却具有较好的成型和烧结性能;烧结样品的平均粒径约为0.6μm,相对密度达到96.1%.