当今世界,能源和环保已成为世界各国共同关心的问题。由于在能源、化工、冶金、环保等领域的巨大潜在应用价值,氧化物陶瓷透氧膜材料的研究在最近二十年受到了学术界和工业界的关注。尽管已经进行了多年的研究,但是目前还没有合适的材料能完全满足实际应用的要求,还需要开发新材料和改进已有的材料。新型双相混合导体材料的出现给透氧膜材料的应用带来了希望,但是还存在诸多的问题亟待解决。本论文主要研究了SrCo_0.8Fe_0.2O_3-δ—SrZrO₃双相材料的结构与性能,并提出了基于该材料的氧气生产过程。此外,本论文提出了新的研究方法和手段用于测量固体氧化物燃料电池（SOFC）阳极材料在类工作状态下的氧离子电导率和锰酸镧中La的最大缺位量。第一章简要介绍了混合导体透氧膜材料的应用前景、工作原理和研究进展,着重阐述了钙钛矿型混合导体透氧膜材料的氧渗透相关理论和研究现状。第二章研究了SrZrO₃掺杂的SrCo_0.8Fe_0.2O_3-δ（SCF）双相材料的各方面性能。结果表明SrZrO₃掺杂能抑制主相晶粒的生长,提高材料的热机械性能——双相材料的强度提高了约74%、线性热膨胀系数下降了约15%,但是材料的氧渗透能力有所下降,并且透氧活化能升高。采用该复合透氧材料制备了一端密封的透氧膜管,以该膜管组装出小型氧分离器,在900℃能制得高纯度的氧气并能稳定运行较长时间,证明以透氧膜材料来制备纯氧是可行的。第三章研究了Zr在SCF中的固溶行为,并研究了Zr固溶到SCF中和生成第二相SrZrO₃对材料结构、微观形貌、稳定性、热学性能、电学性能和透氧性能等性质的影响。结果表明Zr在SCF中的固溶度与温度有关,在1250℃时Zr在SCF中的固溶度为4—5mol%,而在1150℃时平衡固溶度为3mol%左右。Zr固溶到SCF中导致晶格内各离子间相互作用增强,晶格稳定性增加,从而使得材料失氧温度升高而电子、氧离子传输能力下降、活化能升高。生成第二相SrZrO₃则抑制了主相晶粒的生长,提高了材料的热机械性能,对其他性能则没有多大影响。综合来看,Zr固溶对材料性质的影响比生成第二相SrZrO₃大。O₂/CO₂混合气已被提出用于燃烧过程以捕获温室气体——CO₂。第四章提出了基于透氧膜材料生产O₂/CO₂混合气的工艺流程,采用以Zr掺杂的SCF材料制备的致密透氧膜管组装了原理型膜组件用于制取O₂/CO₂混合气,验证了基于透氧膜材料生产O₂/CO₂混合气的可行性。此外,还研究了Zr掺杂对SCF材料在CO₂气氛中的稳定性的影响,并探讨了钙钛矿型透氧膜材料与CO₂反应的机理。对于提高钙钛矿材料稳定性的方法及设计、开发新的透氧料,作者认为应该选取具有高的离子势的元素离子来通过掺杂对现有的透氧膜材料进行改善或者合成新的透氧膜材料。第五章提出了一种新方法用于测量SOFC的阳极材料在工作状态下的氧离子传导能力。采用氧渗透测量方法,在致密阳极材料膜片的两侧分别通CO₂和CO气体吹扫,CO₂中的O通过膜片传导到CO侧而将CO氧化。从氧渗透速率和氧分压数据可计算出膜片的氧离子电导率。本章以SOFC中最常用的阳极材料Ni/8YSZ作为模型,测量了其致密膜片在CO₂/CO梯度下的氧渗透速率,并计算出其氧离子电导率和活化能分别为0.059 S/cm（1000℃）和81±2 kJ/mol,与文献报道数值非常接近。此外,该方法可用于其他阳极材料的氧离子电导率的测量。第六章提出并验证了一种基于X射线衍射（XRD）的方法用于测量钙钛矿结构的LaMnO_3+δ中A位缺位的最大值。计算模拟表明三方相的La_1-xMnO_3+δ的（012）和（024）晶面的XRD峰强度比值随La缺量增加而增大,实验测量证明确实如此,但是峰强比在x＞0.09区域基本保持不变,结合高温电导率测量的结果,确定LaMnO_3+δ中A位缺位极限在x=0.09-0.10。这是XRD峰强比方法首次用于钙钛矿材料的离子（原子）分布研究,从理论上说该方法也能应用于其他钙钛矿结构材料的组成研究。第七章对本论文的工作进行了总结和自评,并对透氧膜材料今后的研究工作进行了展望。