Ca、Zn双掺杂的SmAlO_3基氧离子导体的合成及电性能

采用固相反应法合成一系列样品Sm0.9Ca0.1Al1-xZnxO3-δ(x=0,0.03,0.05)。利用X射线衍射和扫描电镜研究样品的结构、微观形貌和烧结性能,用交流阻抗谱测量Sm0.9Ca0.1Al0.97Zn0.03O3-δ在500～1 000℃的电导性能。结果表明:在1 650℃烧结24 h可以获得单相样品,Zn2+在B位的固溶度为3%～5%,样品的相对密度为92.3%。Ca、Zn双掺杂能大大提高样品的电导性能,800℃时总电导率为0.39 S/m,ln(σT)与1/T关系曲线呈一折线,高温电导活化能小于低温电导活化能,710℃以上的电导活化能为0.66 eV,710℃以下的电导活化能为1.18 eV。

钙钛矿型固体电解质Sm_(1-x)Ca_xAlO_(3-δ)的合成与表征

采用固相反应法合成了纯度较高，杂质含量低的电解质陶瓷Sm1-xCaxAlO3-δ。XRD结果分析表明，Ca掺杂引起了样品晶体结构的转变，x≤0．15的样品为四方钙钛矿结构，而x〉0．15的样品则为菱方钙钛矿相。交流阻抗谱结果表明，掺杂大大提高了样品的电导率，在所有掺杂样品中，Sm0.8Ca0.2AlO3-δ的电导率最高，在800℃时达到0．035S／cm，与同温度下8YSZ的电导率相当。用Sm0.8Ca0.2AlO3-δ作为电解质隔膜，Pt作电极组成了氢-空气燃料电池，并测定了该燃料电池在800～1000℃范围内的电动势（即开路电压）。由实测电动势与Nernst方程导出的理论电动势之比求得的氧离子迁移数在测量温度范围内都大于0．96，并随着温度的升高而逐渐增大。Ca掺杂的SmAlO3是一种性能较为优良的氧离子导体。

Sm_(0.8)Ca_(0.2)AlO_(3-δ)固体电解质的合成及其导电性能

为了改善SmAlO3体系的导电性能，提高其离子电导率，在固相反应条件下，用Ca对SmAlO3中的A位进行了部分替代，成功合成了具有四方钙钛矿结构的固体电解质Sm0.8Ca0.2AlO3-δ。以该材料作为电解质隔膜，Pt作电极组成了氢一空气燃料电池，并测定了该燃料电池在800℃～1000℃范围内的电动势。氧离子迁移数通过实测电动势与利用Nernst方程导出的理论电动势的比值来确定，在测量温度范围内氧离子迁移数都大于0．96，样品以离子导电为主。阻抗谱测量结果表明；Ca的掺杂大大提高了样品的电导率，Sm0.8Ca0.22AlO3-δ在800℃时电导率为0．035S／cm，与钇稳定的二氧化锆（YSZ）的电导率相当。Ca掺杂的SmAlO3是一种性能较为优良的固体电解质。

SmAl_(0·95)M_(0·05)O_(3-δ)(M=Ni,Mg,Zn)钙钛矿氧化物的合成和电性能研究

为了提高SmAlO3体系的导电能力,采用低价的Ni2+,Mg2+,Zn2+分别对其B位离子进行了部分替代,在高温固相反应下合成了具有正交钙钛矿结构的混合导体SmAl0.95M0.05O3-δ(M=Ni,Mg,Zn),并利用XRD和直流四引线法对样品的结构以及电导率与温度和氧分压的关系进行了表征.电导率测量结果表明,掺杂显著提高了样品的电导率,比未掺杂的SmAlO3的电导率增加了3～4个数量级,在所有掺杂样品中,SmAl0.95Zn0.05O3-δ的电导率最高,800℃时为3.5×10-1 S/m,活化能最小为0.43 eV.从电导率随氧分压的变化关系分析可知,在高氧分压环境下,SmAl0.95Zn0.05O3-δ是一个氧离子和电子空穴的混合导体,但以离子导电为主,由于P型电导具有随温度下降而减弱的特征,故使其氧离子迁移数随温度下降而逐渐增大.

新型混合导电陶瓷Sm_(0.9)Sr_(0.1)Al_(1-x)Cr_xO_(3-δ)的制备及电性能

采用有机凝胶法结合后期的高温烧结制备Sm0.9Sr0.1Al1-xCrxO3-δ(SSAC,x=0～0.4)系列氧离子-电子混合导电陶瓷。用热重-差热分析、X射线衍射、扫描电子显微镜和直流四引线法等技术分别表征凝胶前驱体的热分解及相演化过程和烧结体的晶体结构、微观形貌以及电导率。结果显示:凝胶前驱体经900℃焙烧5 h可以形成结晶良好的正交钙钛矿相纳米粉体;SSAC陶瓷的电导率主要取决于p型电导,其导电行为符合小极化子绝热跳跃传输机制;随着烧结温度的升高,Sm0.9Sr0.1Al0.6Cr0.4O3-δ的电导率和相对密度都先增大后减小,1550℃烧结10h的样品具有最高的电导率和相对密度;SSAC陶瓷的电导率以及晶格常数随Cr掺量x的增加呈现出相同的变化规律,即先增大后减小,当x>0.2时又开始变大,而相应的活化能的变化行为则刚好与之相反。