無機鹽摻雜ba(zr1xcex)0.9y0.1o2.95質子導體的制備和性能研究

1、無機鹽摻雜B a ( Z r l ．x C e x ) 0 ．9 Y 0 ．1 0 2 ．9 5 質子導體的制備和性能研究F a b r i c a t i o na n d P r o p e r t i e so f S a l tD o p e dB a ( Z r l ．x C e xo ．9 Y 0 ．1 0 2 ．9 5C o m p o s i t eP r o t o n C o n d u c t o r s學科專業(yè)：

2、材料學研究生：鄧雅平指導教師：郭瑞松教授天津大學材料科學與工程學院二零一零年六月 一夸一苓牛六月醒●■√摘 要B a Z r 0 3 基質子導體具有良好的化學穩(wěn)定性和晶粒電導率，但其燒結性能差( > 1 7 0 0 ℃) 、總電導率低；B a C e 0 3 基質子導體具有較高的質子電導率，但在C 0 2 ／H 2 0 氣氛中穩(wěn)定性較差，易發(fā)生分解。本論文在詳細研究兩者各自優(yōu)缺點的基礎上，以B a Z r 0 3 為主體，制備了Y

3、 摻雜的B a Z r 0 3 一B a C e 0 3 復合基體材料。采用Z n O 為燒結助劑，降低了質子導體的燒結溫度，提高了燒結密度。進一步選擇合適的無機鹽作為第二相添加劑，制備了鋯鈰酸鹽／無機鹽復相質子導體，并對它們的各項性能進行了表征。采用高溫固相法制備了B a ( Z r l ．。C e x ) O ．9 Y 0 ．i 0 2 ．9 5 ( B Z C Y ) ( x = O ．1 、0 ．2 、0 ．3 )系列粉體，在1

4、 6 0 0 “ C ，保溫4 h 的條件下，得到了B Z C Y 系列質子導體。實驗結果表明，x = 0 ．3 時制備的B Z C Y 3 試樣具有較高的質子電導率，8 0 0 ℃電導率最大值為5 ．8 7 x 1 0 一S ／c m 。以Z n O 為燒結助劑，探索了Z n O ( ≤4 m o l ％) 添加量對B Z C Y 3 材料燒結性能和電性能的影響。研究表明，添加2 m 0 1 ％Z n O 可以使材料的燒結溫度降低1

5、5 0℃，且燒結密度達到9 6 ％以上。選擇N a C l 作為第二相無機鹽，制備了B Z C Y 3 ．Z 2 ／N a C I 系列復相質子導體。研究結果表明，1 4 0 0 “ ( 2 燒結6 h ，添加1 0 m 0 1 ％N a C l 制備的B Z C Y 3 ．Z 2 ．C 1 1 0 質子導體具有較好的質子傳導性，其電導率( 1 ．2 6 x 1 0 。2 S ／c m ) 大于B Z C Y 3 ．Z 2 。同時又選擇

6、N a 2 S 0 4 作為第二類無機鹽，制備了B Z C Y 3 ．Z 2 ／N a 2 S 0 4 復相質子導體，結果表明添加2 0 ％N a 2 S 0 4 的B Z C Y 3 ．Z 2 ／$ 2 0 質子導體在1 3 7 0 ℃／2 h 條件下燒結后具有相對較好的性能。兩個系列復相結構的質子導體依然保持了立方鈣鈦礦的結構，無機鹽以熔融狀態(tài)分布于晶界上，對降低晶界勢壘具有促進作用。關鍵詞：B a Z r 0 3 ，B a C e