(Ce0.9Gd0.1O2-δ/ZrO2:8%(摩尔分数)Y2O3)n超晶格电解质薄膜的制备与特性

采用脉冲激光沉积技术(PLD),在SrTiO_3(STO)单晶片上依次沉积钇稳定氧化锆(ZrO_2∶8%(摩尔分数)Y_2O_3,YSZ)和氧化钆掺杂的氧化铈(Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(2-δ),GDC)制备出5种不同调制周期数n(n=4,6,10,20,30)的(Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(2-δ)/ZrO_2:8%(摩尔分数)Y_2O_3)_n超晶格电解质薄膜。利用X射线衍射(XRD)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)和扫描电子显微镜(SEM),研究(GDC/YSZ)n超晶格电解质薄膜的形貌和晶体结构,发现薄膜表面颗粒生长致密、均匀,薄膜的界面处无元素扩散,外延生长状况良好,薄膜的结构优异。电化学测量研究表明,随着(GDC/YSZ)n超晶格电解质界面数的增加,其离子电导率相应增加,(GDC/YSZ)n=30超晶格电解质的离子电导率最大。

低温超晶格YSZ/STO/YSZ电解质薄膜的制备及表征

采用脉冲激光沉积法(PLD),在Al2O3(ALO)衬底上,将Y2O3∶ZrO2(YSZ)和SrTiO3(STO)按照YSZ/STO/YSZ的顺序依次沉积,形成超晶格YSZ/STO/YSZ电解质薄膜,利用SEM、XRD和交流阻抗对其形貌、相结构和电学性能进行了表征。结果表明,衬底温度为700℃形成的超晶格YSZ/STO/YSZ电解质薄膜颗粒大且均匀,排列紧密且呈规律圆柱状;YSZ、STO均沿(111)方向择优生长;低温时电导率比单层YSZ电解质薄膜高出4个数量级,是较为理想的低温固体燃料电池电解质。

退火温度对（STO/YSZ/GDC）4超晶格电解质薄膜的影响

采用脉冲激光沉积技术(PLD),在Al2O3单晶基底上交替沉积SrTiO3(STO)、8%(摩尔分数)Y2O3掺杂ZrO2(YSZ)和Ce0.9Gd0.1O2-δ(GDC),制备出四种不同退火温度的超晶格电解质薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-荧光光谱仪和射频阻抗材料分析仪对不同退火温度下的样品进行形貌、元素组成和电学性能测试。结果表明,随着退火温度的升高,薄膜的外延生长更为良好,晶粒的均匀性和致密性得到改善,薄膜和基底的结合变的紧密、清晰。(STO/YSZ/GDC)4超晶格电解质薄膜在退火温度为800℃时电导率最大。

衬底温度对STO/YSZ/GDC超晶格电解质的影响

以Al2O_(3)作为单晶衬底,采用激光脉冲溅射技术(PLD)制备了四种不同衬底温度的STO/YSZ/GDC(SrTiO_(3)/8 mol%Y2O_(3)∶ZrO_(2)/Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(2)-δ)超晶格电解质。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对薄膜生长特性进行表征,利用频阻抗/材料分析仪测试了STO/YSZ/GDC超晶格电解质的电学特性。结果表明,当衬底温度为750℃时,STO/YSZ/GDC超晶格电解质表面平整,晶粒排列紧密,薄膜整体结晶良好;STO、YSZ和GDC都沿(111)取向择优生长。随着衬底温度的提高,晶粒尺寸减小,克服的势垒降低,活化能变小,电导率增大。