Ag-Cu钎料与双相陶瓷透氧膜的润湿和界面反应研究

用座滴法测试Ag-Cu合金钎料对Ce0.8Gd0.2O2-δ-NdBaCo2O5＋δ（CGO-NBCO）双相透氧膜的润湿性, 利用SEM-EDS分析润湿和界面反应机理。结果表明： 空气条件下Ag-Cu合金与CGO-NBCO间的润湿遵从界面反应润湿机制。随着Cu含量的增加, Ag-Cu合金对透氧膜润湿性能提高, Cu含量为6.6mol%~15.8mol%时, 润湿角在35°~20°左右。在润湿界面处出现Cu氧化物的富集, 并且在透氧膜侧生成一层由Cu氧化物和CGO-NBCO双相透氧膜反应产生的Ba-Cu-O、Co-Cu-O和Nd-Ce-Cu-O等复杂氧化物相构成的产物层, 新的界面反应层的生成有利于Ag基合金钎料的润湿, 改善了钎料的润湿性能。

LnBaCo_2O_(5+δ)(Ln=Gd,Nd,Sm,Pr)-Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)双相混合导体透氧膜的制备及性能测试

用固相反应法制备了LnBaCo_2O_(5+δ)(Ln=Gd,Nd,Sm,Pr)-Ba_(0.5)S_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(质量比为1:1)4种双相混合导体膜。通过XRD分析可知,除了PrBaCo_2O_(5-δ)和Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(BSCF)复合时发生明显反应外,其它3种复合膜在复合过程中均显示了良好的化学兼容性。4种双相膜在850℃时透氧率最高的是NdBa-Co_2O_(5+δ)-Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)膜(约为0.28mL/(cm^2·min))。

SDC-BCCF双相透氧膜材料的合成及透氧性能研究

为了提高透氧膜材料的稳定性和透氧量,通过一锅法合成了Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)(50%,质量分数,下同)-BaCe_(0.1)Co_(0.3)Fe_(0.6)O_(3-δ)(50%)(SDC-BCCF)萤石-钙钛矿双相透氧膜材料,并系统考察了透氧温度、膜片厚度和氧分压梯度(吹扫气速率)对SDC-BCCF双相透氧膜透氧性能的影响.XRD表征表明,SDC萤石相和BCCF钙钛矿相可均匀相容于SDC-BCCF双相材料中,但是细微分析发现,材料中仍有微量BaCeO_3钙钛矿杂相的存在.SEM表征表明,在1 450℃焙烧条件下可以获得致密的SDC-BCCF双相透氧膜膜片.氧渗透实验表明,温度的升高、膜片厚度的下降以及吹扫气流速率的增加均有利于SDC-BCCF透氧膜透氧量的提升,其中0.5mm厚度的SDC-BCCF双相透氧膜片在950℃下透氧量可达到0.71mL/(min·cm2).通过对SDC-BCCF膜片速率控制步骤的考察可以发现,当SDC-BCCF膜片厚度大于或等于0.7mm时,透氧过程为体相扩散控制;当膜片厚度小于0.7mm时,透氧过程逐步转为表面交换控制.

Bi_(0.7)Er_(0.3)O_3-La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3双相混合导体陶瓷透氧膜的性能研究

采用固相反应法合成的Bi_(0.7)Er_(0.3)O_3(ESB)作为氧离子导体,La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3(LSM)作为电子导电相,利用干压烧结法得到透氧膜;利用X射线衍射对ESB粉体的相组成及其与LSM的相容性进行分析,采用扫描电子显微镜对透氧膜的微观结构进行观察,最后利用电化学方法对其透氧性能进行测试。结果表明:采用固相反应法可制备出单一相的ESB粉体,而氧浓度、温度、氧离子和电子导电相的比例等均对ESB–LSM双相混合导体陶瓷膜的氧气扩散通量有影响。质量比为8:2的ESB–LSM透氧膜在650℃、700℃、750和800℃下空气吹扫时的透氧速率分别为1.95×10^(-7 )mol_·cm^(-2)_·s^(-1)、2.33×10^(-7 )mol_·cm^(-2)_·s^(-1)、2.90×10^(-7 )mol_·cm^(-2)_·s^(-1)和3.37×10^(-7) mol_·cm^(-2)_·s^(-1)。

La0.05Ba0.95FeO3-δ-Gd0.2Ce0.8O2-δ双相透氧膜材料的制备及其性能研究

采用传统陶瓷方法制备了致密的La0.05Ba0.95FeO3-δ(LBFO)-Gd0.2Ce0.8O2-δ(GDC)双相透氧膜材料,并对不同比例的双相材料进行结构和性能表征。结果表明,LBFO和GDC之间具有很好的化学相容性,1300°C致密化烧结后未见杂质产生。两相可以相互结合形成致密陶瓷。GDC相含量的增加使材料的电导率、透氧率降低,但有助于材料结构稳定性的提高。当GDC含量为70wt.%时,该透氧膜材料在还原气氛下具有较好的稳定性,其透氧率在900℃时可以到达0.34 mL·min^-1·cm^-2。

SDC-SSF双相透氧膜的表面优化及其氧渗透性能

首先通过溶胶凝胶法制备了SDC SSF(75%Ce_(0.85)Sm_(0.15)O_(2-δ)25%Sm_(0.6)Sr_(0.4)FeO_(3-δ),质量分数)萤石钙钛矿双相透氧膜,进而基于化学刻蚀技术在SDC SSF双相透氧膜表面构筑了超微多孔结构,基于该多孔结构实现了高强度表面活化催化剂的负载.实验结果表明,通过化学刻蚀法可以有效去除双相膜表面的SSF钙钛矿相,则剩余SDC萤石相自发形成超微多孔结构.在多孔层表面涂覆低熔点含钴钙钛矿BSCCF(Ba_(0.4)Sr_(0.4)Ca_(0.2)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ))催化剂粉体,二次高温烧结后可以实现BSCCF催化剂的熔化和孔道渗入,从而在双相膜表面构筑了高强度BSCCF催化剂涂层.系统对比了原始基膜、多孔膜和负载催化剂膜的透氧膜量、活化能和速率控制步骤,研究发现经过化学刻蚀和催化剂负载后,双相透氧膜的透氧量会逐步增加,优化后的SDC SSF双相膜片(厚度1.0mm)最高透氧量在950℃时可达到0.37mL/(cm^(2)·min).由Wagner方程理论分析可以发现通过化学刻蚀和催化剂涂层,SDC SSF双相透氧膜的透氧速率控制步骤,由表面交换控制转向体相控制.提供了一种为双相透氧膜表面构筑高强度表面活化催化剂的有效方法.

Ag-Cu合金钎料与SDC-SSAF双相陶瓷透氧膜的界面反应润湿机制

对空气中Ag-Cu合金钎料与Ce_(0.85)Sm_(0.15)O_(1.925)-Sm_(0.6)Sr_(0.4)Al_(0.3)Fe_(0.7O3)(SDC-SSAF)双相陶瓷透氧膜的润湿性和界面反应进行了研究,利用扫描电子显微镜及能谱仪(SEM-EDS)表征分析了润湿试样的连接界面。结果表明:980℃下Ag-Cu合金钎料在SDC-SSAF双相透氧膜上的润湿角随着合金中Cu含量的增加而减小。高温润湿过程中,双相膜中Ce_(0.85)Sm_(0.15)O_(1.925)(SDC)相没有发生明显变化,Sm_(0.6)Sr_(0.4)Al_(0.3)Fe_(0.7O3)(SSAF)相分解并与Ag-Cu钎料发生微量元素置换。这种界面反应促进了钎料与陶瓷基体润湿性的改善。但由于SDC相与SSAF相润湿性的差异,Ag-Cu钎料与SDC-SSAF双相膜的润湿性不及相同Cu含量的Ag-Cu钎料与SDC单相膜的润湿性。

碳达峰、碳中和目标下抗CO_(2)双相混合导体透氧膜研究进展

双相混合导体透氧膜在高温条件下是一种兼具氧离子和电子导电性的无机陶瓷材料,可以从含氧气源中高效分离氧气,在富氧燃烧、纯氧制备、固体燃料电池等高温需氧行业备受关注。其中,将双相混合导体透氧膜与富氧燃烧耦合有助于捕捉CO_(2),减少CO_(2)排放,是实现国家“碳达峰、碳中和”目标的有效方式之一。在实际应用环境中,CO_(2)可能导致双相混合导体透氧膜结构破坏和透氧性能下降,所以要求其具备优良的抗CO_(2)性能。介绍了双相混合导体透氧膜工作原理和抗CO_(2)性能的影响因素,以及近年来单相、双相抗CO_(2)混合导体透氧膜材料的研究进展。同时,阐述了双相混合导体透氧膜材料在水分解产氢耦合和甲烷部分氧化等领域的应用进展,证明该材料可以有效提高能源利用效率,并利于CO_(2)减排和再利用。最后,总结并展望了抗CO_(2)双相混合导体透氧膜材料研究现状及发展趋势。

CO2稳定的双相混合导体透氧膜材料的研究进展

混合导体透氧膜在高温条件下(特别是温度高于700℃)是一种同时具有氧离子和电子混合传导性能的无机致密陶瓷膜.由于此类膜材料在中高温条件下不仅可以清洁、高效、经济地从空气或者其他含氧气氛中高选择性地分离氧气,同时还具有一定的催化活性,所以这类氧离子和电子混合传导膜在纯氧制备、燃料电池、甲烷部分氧化制合成气、富氧燃烧等方面有着巨大的应用潜力,相关研究也成为材料及化工等领域研究学者关注的焦点.为了找到既具有高透氧性能又具有优异稳定性能的透氧膜材料,研究人员做了大量的工作和努力.本文对近年来CO2稳定的双相混合导体透氧膜材料的研究进展进行系统的综述,简单介绍了双相混合导体透氧膜的透氧机理,分析了双相透氧膜材料的制备方法、几何形状、烧结温度以及组成成分等对透氧性能及稳定性的影响,介绍了双相混合导体透氧膜膜反应器在甲烷部分氧化制备合成气、耦合反应、水分解及富氧燃烧中的应用.最后分析了目前存在的科学问题,并对CO2稳定的双相混合导体透氧膜材料未来的发展进行了展望.

La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)-Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(1.95)复相材料的性能

通过干压成型制备了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Gd0.1Ce0.9O1.95(LSCF-GDC)系列双相复合材料,研究了不同LSCF含量对复合材料电导率及烧结性能的影响,同时对微观结构进行了深入分析。结果表明:LSCF含量越高,材料的电导率越高,LSCF质量含量为65%时,800℃电导率可达141.7S/cm。扫描电子显微镜分析了材料的微观结构,晶粒发育良好,结构致密;LSCF对GDC晶粒增长有抑制作用,LSCF质量含量为65%时,1 350℃烧结5h,GDC晶粒尺寸仅有0.3~0.6μm。因此具有很好的微观结构及电性能的双相复合LSCF-GDC透氧膜材料将具有很好的应用前景。