力场-化学场耦合作用对含裂纹固体电解质力学行为的研究

为了研究力场-化学场耦合作用下的含裂纹电解质的断裂问题,本文构造了耦合情况下力场和浓度场的本构关系,并由这些本构关系建立了力场-化学场耦合问题的有限元方程。通过具体的算例,进一步探讨了裂纹尖端应力场和氧空位浓度分布的耦合作用对GDC(氧化钆掺杂的氧化铈)力学行为的影响,发现在耦合作用下,裂尖应力场对氧空位的分布有明显的诱导作用。

基片温度对反应射频磁控溅射法制备掺杂CeO2电解质薄膜的影响

利用Gd/Ce镶嵌复合靶、采用反应射频磁控溅射技术制备了Gd2O3掺杂CeO2(GDC)氧离子导体电解质薄膜,重点探讨了基片温度对薄膜物相结构、沉积速率及生长形貌的影响.分析结果表明,不同温度下制备的薄膜中,立方面心结构GDC固溶体相占主导,同时存在少量体心立方结构Gd2O3中间相;GDC薄膜的生长取向随基片温度而变化,200℃时,无择优取向,500℃时薄膜呈现(220)织构,700℃则为(111)择优取向;薄膜沉积速率随基片温度呈阶段性规律变化,(220)方向择优生长越显著,沉积速率越高,薄膜粗糙度越大;AFM分析表明,薄膜为岛状生长,随温度升高,表面生长岛尺寸增大,岛密度变小.

(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。

10GDC粉体的烧结及电化学性能比较研究

本文对广东深圳某厂家生产的Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(1.95)和宁波索福人能源技术有限公司生产的Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(1.95)(D50=32.0μm)两种不同粒度分布的粉体进行了烧结特性及其电化学性能研究。评价了不同预烧温度下10GDC粉体的烧成特性,确定了最佳的粉体预烧温度。测量了不同烧成温度下(1500℃、1550℃、1600℃)的10GDC电解质片的吸水率、体积密度等参数,并对预烧及球磨前后的粉体进行粒径分析,通过XRD确定10GDC粉体的晶相;通过SEM观察烧结体的致密性。结果表明:深圳10GDC粉体1000℃预烧后在1500℃烧结最致密,其相对密度达到98.06%;宁波10GDC在1600℃下烧结最致密,其相对密度达到96.91%。深圳10GDC粉体的活性高于宁波10GDC粉体,其可以在比较低的温度下获得致密烧结体。进一步采用交流阻抗谱法在450℃-750℃范围内测得了两种10GDC电解质材料的电导率,结果显示:1500℃烧结的深圳10GDC电解质及1600℃烧结的宁波10GDC电解质总电导的表观活化能分别为1.42 e V,1.28 e V,在550℃-750℃范围内宁波10GDC电解质的电导率高于深圳10GDC电解质。由此可知,宁波10GDC材料的电性能较高,其烧结体的离子电导率较高。

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。

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。