固体氧化物燃料电池Ln_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3薄膜阴极材料电学性能研究

采用离子束溅射法在YSZ(110)衬底上制备Ln0.5Sr0.5CoO3(Ln=La,Pr)钙钛矿多晶薄膜,研究了载流子浓度、迁移率与温度的关系,分析了A位置稀土离子半径rA3+对电导率的影响。结果表明,在375K^667K温度范围内,La0.5Sr0.5CoO3薄膜的载流子浓度由4.76×1027/m3升高到9.43×1027/m3,迁移率由0.21cm2/Vs升高到0.218cm2/Vs;Pr0.5Sr0.5CoO3薄膜的载流子浓度由0.58×1027/m3升高到7.9×1027/m3,迁移率由0.0853cm2/Vs升高到0.172cm2/Vs。Ln0.5Sr0.5CoO3薄膜的霍尔系数激活能EH与电导激活能Eα的比值近似为2/3,符合Emin和Holstein的小极化子绝热区域导电理论。

Ln0.5Sr0.5CoO3-δ阴极薄膜材料的XRD和XPS研究

采用离子束溅射法在氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)衬底和铝酸镧(LaAlO3)衬底上溅射Ln0.5Sr0.5CoO3-δ(Ln=La,Pr,Nd)薄膜。测试了不同工艺制备的Ln0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜的XRD谱和XPS谱,研究了不同衬底上Ln0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜微结构及化学状态。结果表明,在YSZ衬底上制备的Ln0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜氧空位浓度相应的高于在LaAlO3衬底上的氧空位浓度,Nd0.5Sr0.5CoO3-δ/YSZ薄膜的氧空位浓度最高,有利于提高氧离子的输运性。

Ln_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)薄膜的显微结构及其电学性能研究

采用离子束溅射法在氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)衬底上溅射Ln0.5Sr0.5CoO3-δ(Ln=La,Pr,Nd)薄膜,测试了不同工艺制备的Ln0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜样品的XRD谱和电导率.分析了薄膜显微结构以及电输运机理.结果表明:在YSZ衬底上生长的Ln0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜经过750℃热处理后,主要沿<110>方向生长;Ln0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜直流电导率的Arrhenius曲线近似直线,表明材料的导电行为符合小极化子导电机制.在所研究的样品中Nd0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜的电导率最高.

离子束溅射La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)薄膜的XRD和XPS研究

采用离子束溅射法在氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)和铝酸镧(LaAlO3)上溅射RE0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜,测试了薄膜的XRD、XPS谱、分析了表面微结构及化学状态。实验表明,随着热处理温度的升高,La0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜在YSZ和LaAlO3上生长时有取向增强的趋势,并且晶粒度增大,晶格氧减少,氧空位增加,氧输运性能提高。当热处理温度为750℃时薄膜结晶度最好,晶粒度最大,氧输运性能最好。

钙钛矿型氧化物Ln_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3的制备与电输运性能

采用固相反应法合成钙钛矿氧化物材料Ln0.5Sr0.5CoO3(Ln=La,Pr,Nd,Sm,Eu)的超细粉体,研究了不同稀土元素掺杂时的晶体结构和电输运性能,分析了该钙钛矿体系结构的形成过程。实验表明,当烧结温度达到1200℃时,通过固相反应法可以形成稳定的单一的钙钛矿相。样品电导率在700℃附近出现最大值,低温段的导电行为符合小极化子导电机制,La0.5Sr0.5CoO3材料的电导率在中温范围内最大,适合作为中温固体燃料电池的阴极材料。

离子束溅射法制备La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3薄膜的拉曼光谱分析

采用离子束溅射在氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)和铝酸镧(LaAlO3)上制备了La0.5Sr0.5CoO3的钙钛矿薄膜。利用拉曼光谱,研究了不同热处理温度和不同衬底对LSCO薄膜材料的晶体结构、分子振动模式和化学键的影响。研究发现La0.5Sr0.5CoO3钙钛矿薄膜的晶体结构随着热处理温度的升高发生明显的相变,由排列无规则态朝着正交晶系结构转变,Co-O键构成的八面体间的相对运动强度逐渐减弱。另外,还发现La0.5Sr0.5CoO3钙钛矿薄膜在衬底氧化锆(YSZ)上的Co-O键振动频率要小于在衬底铝酸镧(LaAlO3)上的振动频率,这与两者的晶格失配程度有关。

化学溶液法制备PbZr_(0.5)Ti_(0.5)O_3/La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3铁电多层薄膜的结构和光学性质研究

采用金属有机化学液相沉积法在Si衬底上制备了La0 .5Sr0 .5CoO3(LSCO)导电金属氧化物薄膜 ,采用溶胶 凝胶法在LSCO导电金属氧化物薄膜上沉积了PbZr0 .5Ti0 .5O3(PZT)铁电薄膜 .X 射线测量结果表明在 70 0℃的退火温度下制备的PZT/LSCO铁电多层薄膜呈 (110 )取向的钙钛矿结构 ,谢乐公式估算铁电薄膜的晶粒尺寸为 5 0～ 80nm .原子力显微镜观察结果显示 :薄膜表面平整 ,均方根粗糙度 (RMS)小于 5nm .用拉曼光谱测量表明PZT薄膜呈拉曼活性 .椭圆偏振光谱仪用来表征薄膜在 40 0～ 170 0nm波长范围的光学性质 .用洛仑兹模型来描述PZT和LSCO薄膜的光学性质 .获得PZT和LSCO薄膜的折射率、消光系数等光学常数谱 .

RE_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)/YSZ薄膜的微观组织研究

采用离子束溅射法在氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)单晶衬底上生长了RE0.5Sr0.5CoO3-δ(RE=La,Pr,Nd)薄膜。采用X射线衍射(XRD)仪和扫描电镜(SEM)测试了RE0.5Sr0.5CoO3-δ(RESCO)薄膜的微结构和表面形貌。结果表明:RE0.5Sr0.5CoO3-δ系列薄膜沿<110>方向择优生长;La0.5Sr0.5CoO3-δ(LSCO)薄膜在550℃热处理后呈现Ostwald生长,具有分散的岛状结构,在热处理温度达到750℃时岛状结构发生靠拢,同时晶粒度增大;Pr0.5Sr0.5CoO3-δ(PSCO)薄膜在750℃热处理后具有长程有序结构,呈现枝晶生长。

沉积温度对磁控溅射法制备La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3薄膜微结构和导电性能的影响

采用射频磁控溅射法在(001)SrTiO3基片上制备了La0.5Sr0.5CoO3薄膜,研究了沉积温度对La0.5Sr0.5CoO3薄膜微结构和导电性能的影响。结果表明:沉积温度低于400℃时,薄膜以非晶状态存在,未发生外延生长,沉积温度为550℃和650℃时,薄膜在基片上实现了外延生长;随着沉积温度的升高薄膜表面粗糙度呈现规律性的变化;薄膜的电阻率随沉积温度的升高单调下降,650℃沉积薄膜的电阻率最小为1.63μΩ.cm。

温度对La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3和Pr_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3薄膜载流子浓度的影响

采用离子束溅射法在LaAlO3（110）衬底上制备La0.5Sr0.5CoO3和Pr0.5Sr0.5CoO3钙钛矿薄膜,研究了载流子浓度、迁移率与温度的关系.结果表明：在375~667 K温度范围内,La0.5Sr0.5CoO3和Pr0.5Sr0.5CoO3薄膜的载流子浓度、迁移率随温度升高而增大,La0.5Sr0.5CoO3和Pr0.5Sr0.5CoO3薄膜导电机制符合小极化子模型.

La0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜的制备及其电学性能

采用离子束溅射法在氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）和SiO2衬底上溅射＜薄膜，测试了不同工艺制备的La0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜样品的XRD谱和电导率。分析了薄膜表面微结构以及电学性能。结果表明：在YSZ衬底上生长的La0.5Sr0.5CoO3-δ薄膜随着热处理温度的升高取向增强，当薄膜经过750℃热处理后结晶度最好；各样品直流电导率在低温段的Arrhenius曲线近似为直线，表明材料的导电行为符合小极化子导电机制；交流电导率在低频段（＜100kHz）电导率主要是靠晶界导电贡献的，而在高频区（＞100kHz），样品对交流电响应更加明显，电导率主要是靠晶粒导电贡献的。

铁电薄膜底电极La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3的结构及电性能研究

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法在Si衬底上沉积一层La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)薄膜底电极,并在不同的退火温度下表征薄膜的各种性质。X线衍射表明在550～750℃退火温度下制备的LSCO薄膜呈(110)取向的钙钛矿结构;谢乐公式估算薄膜的晶粒尺寸为25～50nm。扫描电子显微镜(SEM)观察结果显示:薄膜表面平整,结构致密。运用四探针法测量薄膜的体电阻,结果表明,750℃退火温度后渗氧处理可获得电阻率较低的La0.5Sr0.5CoO3薄膜。

Sr_(0.5)Ba_(0.5)TiO_3/La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3双层薄膜的微观结构

采用脉冲激光沉积法在(001)LaAlO_3衬底上制备了Sr_(0.5)Ba_(0.5)TiO_3/La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3薄膜,利用透射电子显微镜对薄膜的微观结构进行了研究。结果表明,底电极La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3在LaAlO_3衬底上外延生长并形成立方-立方取向关系。不同于块体结构,LSCO薄膜发生了结构转变,形成一种氧缺位有序调制结构。整个薄膜由大量取向畴组成,其中包含一些层错与反相畴界等缺陷。生长温度为500℃时,Sr_(0.5)Ba_(0.5)TiO_3薄膜为柱状多晶结构;当温度升高至820℃时,薄膜为缺陷较少的单晶结构。

脉冲激光沉积法制备La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3薄膜及其结构和表面特性

利用脉冲激光沉积法在(001)取向的LaAlO_3(LAO)衬底上实现了La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3(LSCO)薄膜的外延)对薄膜结构和表面形貌的影响.X射线衍射结果生长.主要研究了衬底温度(Ts),激光能量(El)和氧气压强(pO2显示在Ts=700～850℃的范围内沉积的LSCO薄膜都具有c轴取向.从扫描电子显微镜和原子力显微镜照片可以看出上述3个沉积参数中,氧压对LSCO薄膜表面形貌的影响最为显著,较低氧压下沉积的薄膜具有较光滑的表面.通过实验,确立了能够制备同时具有c轴取向和光滑表面的薄膜的最佳沉积参数范围.

热处理温度对钙钛矿型复合氧化物La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3薄膜晶体内Co-O键长的影响

本文采用离子束溅射法制备了钙钛矿型ABO3复合氧化物La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)薄膜,测试了La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)薄膜的拉曼光谱,比较并解释热处理温度对LSCO晶体内Co-O键长的影响。同时用Gussian03量子化学软件从头计算了这种晶体的拉曼光谱。实验和计算均表明LSCO的钴氧八面体的振动频率与其钴氧键长度密切相关,并给出了拉曼谱峰的振动频率与钴氧键长度之间的对应关系。

不同衬底温度生长的La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3薄膜椭圆偏振光谱研究

采用脉冲激光沉积法（PLD）在不同Si（100）衬底温度下制备了La0.5Sr0.5CoO3（LSCO）导电金属氧化物薄膜.X射线衍射（XRD）分析表明,随着衬底温度升高LSCO薄膜的结晶质量增加,在650℃和700℃下制备的薄膜是具有单一钙钛矿结构的多晶薄膜.通过椭圆偏振光谱仪测量了400～1100nm波长范围内该导电金属氧化物薄膜的光学性质,采用双Lorentz振子色散关系及三相结构模型（Air/LSCO/Si）拟合获得了薄膜的光学常数.结果表明,薄膜的折射率随着衬底温度的升高而减小,然而在可见-近红外波长范围内消光系数随着衬底温度的升高而增大.这主要与薄膜的晶化质量和导电性能有密切的关系.

新型中温固体氧化物燃料电池阴极材料Fe掺杂Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3性能研究

本文系统研究了新型中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料Sm0.5Sr0.5Co1-xFexO3-δ(SSCF)的晶体结构、热膨胀系数、导电率及电化学性能。固相合成的Sm0.5Sr0.5Co1-xFexO3-δ化合物均为单相材料,随着掺Fe量的不同,SSCF的晶体结构发生变化,在0≤x≤0.4时,SSCF为正交晶系钙钛矿结构,在0.5≤x≤0.9时,SSCF为立方晶系钙钛矿结构。Fe掺杂可以显著的改善Sm0.5Sr0.5CoO3的热膨胀系数,随着Fe含量的增加,热膨胀系数减小。在800℃下,SSCF导电率均大于100S·cm-1。随着Fe含量的增加,极化电阻增大;含量x=0.4时,极化电阻达到最大值;之后,随Fe含量的增加,极化电阻减小,在700～800℃时,Sm0.5Sr0.5Co0.2Fe0.8O3-δ表现出了良好的氧催化活性。

掺银的Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料的制备与性能研究

采用硝酸盐分解方法在Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)中掺入少量的银(Ag),形成可用于SOFC的多孔阴极材料(SSC-Agx)。通过X射线衍射测试确定了材料的物相组成;用SEM观测了中温电解质Ce0.8Sm0.2O1.9表面涂层电极的微结构;利用电化学极化曲线和阻抗谱研究了这些材料中低温(500～800℃)电化学性能,确定掺Ag量和烧结温度对阴极电化学性能的影响。结果表明,SSC在中温区掺20%Ag时具有最佳的电化学性能,在600℃阴极总阻抗是SSC的1/11,在750℃为SSC的1/4,SSC中掺Ag是提高阴极在中温区电化学性能的有效途径。

(Ba_(0.5)Sr_(0.5))TiO_3铁电薄膜的制备工艺及电学性质研究

采用溶胶 凝胶方法制备出纯立方钙钛矿相、介电性能和漏电流特性良好的 (Ba0 .5Sr0 .5)TiO3 铁电薄膜 .研究发现 ,随着烧结温度的升高 ,(Ba0 .5Sr0 .5)TiO3 薄膜纯度和结晶度增高 ,介电常数提高 ,漏电流密度降低 .在 75 0℃进行保温 1h热处理的薄膜性能较好且稳定 :在室温下测得薄膜介电常数为 2 5 0 ,介电损耗为 0 .0 30 ,漏电流密度为 6 .9× 10 -8A/cm2 .较高的介电常数、较低的漏电流密度可能源于良好的纯度和结晶度 .进一步研究表明 ,薄膜导电遵从空间电荷限制电流机制 .

化学共沉淀法低温合成La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3多晶

分别以草酸铵和碳酸氢铵为沉淀剂,用化学共沉淀法制备了La0.5Sr0.5CoO3（LSCO）样品。用XRD分析了物相、结构与晶粒大小,用电阻-温度系统绘制了电阻-温度曲线。结果表明,1150℃烧结,用草酸铵和碳酸氢铵法制备的La0.5Sr0.5CoO3均为单一立方钙钛矿多晶。晶体参数分别为0.384、0.383nm。晶粒垂直于（110）面的尺寸分别为37nm与32.8nm。草酸铵作沉淀剂的烧结温度比碳酸氢铵的低,比固相烧结反应法的低至少150℃。La0.5Sr0.5CoO3均为半导体,有良好的电阻-温度关系,190-280时两种沉淀剂法制备的LSCO的平均激活能分别是30、150eV。