【摘 要】
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近年来,开发用于中温固体氧化物燃料电池及氧传感器的新型氧离子固态电解质材料成为研究热点。在众多的氧离子固态电解质中,具有萤石结构的氧化铈基固态电解质材料因在中温范围内具有较高的氧离子电导率,受到了研究人员的广泛关注。本论文以Sm掺杂Ce O2体系中离子电导率最高的Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)作为基体材料,通过向基体中分别加入Mg O颗粒及SDC纤维,经常规烧结和放电等离子烧结(SPS)制
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近年来,开发用于中温固体氧化物燃料电池及氧传感器的新型氧离子固态电解质材料成为研究热点。在众多的氧离子固态电解质中,具有萤石结构的氧化铈基固态电解质材料因在中温范围内具有较高的氧离子电导率,受到了研究人员的广泛关注。本论文以Sm掺杂Ce O2体系中离子电导率最高的Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）作为基体材料,通过向基体中分别加入Mg O颗粒及SDC纤维,经常规烧结和放电等离子烧结（SPS）制备出Ce O2基电解质,采用XRD、SEM、TEM、EDS和EIS对其物相组成、微观形貌以及电导率进行测试与表征,从而探讨异质相Mg O和SDC纤维的添加对Ce O2基电解质电导率的影响。采用溶胶-凝胶法合成Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）-x Mg O（x=0,5,10,15,20 mol%）复合粉末,并通过SPS烧结（1100°C烧结10 min）后制备出Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）-x Mg O（x=0,5,10,15,20 mol%）复相陶瓷。SDC-Mg O陶瓷由SDC和Mg O两相组成,Mg O呈片状分布在SDC晶粒间。随着异质相Mg O引入量的增加,电导率呈现出先增加后降低的趋势,最优引入量为5 mol%。在650°C的测试温度下SDC-5%Mg O复相陶瓷样品电导率为2.76×10-2 S/cm,相比于无Mg O引入的纯的SDC陶瓷样品提高了9.65%。采用溶胶-凝胶法合成Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）-x Mg O（x=0,5,10,15,20 mol%）复合粉末,并通过常规烧结（1400°C烧结5 h）后制备出Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）-x Mg O（x=0,5,10,15,20 mol%）复相陶瓷。SDC-Mg O陶瓷主要由SDC和Mg O两相组成,Mg O以多边形晶粒的形式分散在SDC晶粒间。SDC-Mg O复相陶瓷的晶粒尺度保持稳定,平均晶粒尺寸在628～654 nm内。随着异质相Mg O引入量的增加,电导率呈现出先增加后降低的趋势,最优引入量为5 mol%。在650°C的测试温度下SDC-5%Mg O复相陶瓷样品电导率为2.66×10-2 S/cm,相比于无Mg O引入的纯的SDC陶瓷样品提高了7.69%。采用溶胶-凝胶法和静电纺丝法分别制备Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）粉末和Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）纤维,并以机械搅拌的方式将两者混合后经SPS烧结（700°C烧结7 min）制备出SDC-x Fiber（x=0,20,40,60 wt%）陶瓷。SDC纤维/粉末陶瓷仅由SDC相组成,SDC纤维分散于不规则多边形SDC晶粒间。随着SDC纤维引入量的增加,电导率呈现出先降低后增加的趋势,但有SDC纤维引入的陶瓷样品的电导率均低于无SDC纤维引入的纯的SDC陶瓷样品。
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