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近年来,具有质子导电功能的ABO3钙钛矿型氧化物陶瓷在诸多领域都有着重要的应用价值,如固体氧化物燃料电池,常压合成氨,气体传感器,膜反应器等领域。其中,SrCe0.95Y0.05O3-δ(SCY)和Ba(Zr0.1Ce0.7Y0.2)O3-δ(BZCY)是两种性能优良的中低温质子导体,在上述领域中受到广泛关注,具有较高的学术和应用价值。 本文采用固液复合法制备了材料SCY及BZCY,利用XRD、SEM、XRF、热膨胀测试等表征手段对材料的成相温度、微结构、纯度、热膨胀系数进行了分析,采用交流阻抗法研究了材料的电学性能,得到了以下结论: 采用固液复合法合成了SCY,通过XRD表征手段得出了该方法的最佳煅烧温度为1150℃,通过SEM照片观察了粉体微观形貌。综合考虑了物相、形貌、BET、粉体粒度和烧结致密度等因素,选取950℃煅烧3h得到的粉体进行下一步流延烧结实验。该初始粉体比表面积为7.31 m2/g,平均粒径为0.6μm且粒度呈单峰分布。SCY流延烧结工艺表明,刚玉莫来石作为垫盖板,烧结过程中元素扩散严重,以SCY流延生坯作为烧结垫盖片能防止元素扩散,且在1200℃下保温6h即可得到致密块体。该陶瓷块体的热膨胀随温度呈线性变化趋势,在35~840℃之间的热膨胀系数(TECs)为10.51×10-6K-1。1150℃得到的纯相粉体制成烧结体在700℃下电导率为3.44×10-3S/cm。 利用固液复合法制备了BZCY和Ba(Zr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1)O3-δ(BZCYYb)粉体,并通过XRD、SEM、XRF、BET、PSD等方法对样品进行表征。结果表明,以PVP为表面活性剂,经1150℃煅烧得到了高纯(99.6%)、单相、分散性好,且粒径小于400nm的粉体。接着对两者的烧结活性和电性能进行了比较研究,结果显示,掺杂10mol% Yb抑制了BZCY的烧结,主要表现为抑制晶粒生长,延缓烧结进程和增加致密化温度;电性能测试结果显示,BZCY和BZCYYb均为混合离子导体, BZCY的氧离子电导率高于传统的GDC。600℃时BZCYYb的氧离子电导率为1.41×10-2Scm-1,与10SclCeSZ相当。另外,二者的质子电导率均高于各自的氧离子电导率,且在气氛中引入3vol% H2O后,质子电导率都明显提高,BZCYYb的电导率高于对应气氛中的BZCY电导率。文中对以上各种电导率的变化趋势进行了讨论。最后对BZCYYb进行了热膨胀系数的测定,在35~840℃之间的热膨胀系数(TECs)为11.71×10~6K-1。 研究了BZCYYb与阳极粉体NiO,阴极粉体LCN、LSC、LSM、LSCF、GDC,电解质粉体5YbSZSZ((Yb2O3)0.05(ZrO2)0.95)之间的化学兼容性。配制出阴阳极浆料后,将浆料在1100和1200℃下煅烧,得到的粉体通过XRD等手段进行表征。结果表明,BZCYYb与LSM、LCN和5YbSZSZ在1100℃下均有化学反应发生,有新物相生成;而在1200℃下,BZCYYb与NiO、LSC、LSCF、GDC的化学兼容性良好。BZCYYb有望成为一种值得研究的阴极材料。