【摘 要】
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氮掺杂氧化钇稳定氧化锆固体电解质（YSZ:N）有望成为新型氮传感器的固体电解质材料,从而实现钢液和铁液中的氮含量的在线精确测量,对钢铁冶金的自动化具有重要意义。本文采用共沉淀法合成了不同氧化钇含量的稳定氧化锆纳米粉末,并将其烧制成固体电解质。以ZrN和N2作为氮源,在高温条件下将氮元素固溶于氧化钇稳定氧化锆固体电解质（YSZ）中得到YSZ:N。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透
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氮掺杂氧化钇稳定氧化锆固体电解质（YSZ:N）有望成为新型氮传感器的固体电解质材料,从而实现钢液和铁液中的氮含量的在线精确测量,对钢铁冶金的自动化具有重要意义。本文采用共沉淀法合成了不同氧化钇含量的稳定氧化锆纳米粉末,并将其烧制成固体电解质。以ZrN和N2作为氮源,在高温条件下将氮元素固溶于氧化钇稳定氧化锆固体电解质（YSZ）中得到YSZ:N。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、交流阻抗谱法（EIS）、线性伏安扫描法（LSV）和动电位极化法分别对合成试样的晶相结构、微观形貌、氮元素化学状态、离子电导率和铂电极/YSZ和YSZ:N界面动力学进行了分析。结论如下:（1）采用共沉淀法合成的YSZ纳米粉体近似球形,粒径均小于50 nm,烧结性能良好,可确保YSZ良好的物理性能。（2）掺氮后的YSZ晶粒长大,晶界间结合更加紧密,氮元素的掺入促使YSZ向立方相转变,3YSZ:N为立方相和少量单斜相,6YSZ:N、7YSZ:N和9YSZ:N为立方相,说明氮元素与Y2O3均具有稳定氧化锆的作用。（3）YSZ:N样品的原子排布具有六方对称性,且（200）、（111）和（111）晶面的晶面间距分别为 0.254、0.293 和 0.294 nm。（4）3YSZ:N、6YSZ:N、7YSZ:N和9YSZ:N试样的氮元素结合能依次减小,分峰拟合结果表明氮元素在YSZ:N中以三种氮物种形式存在,化学键为Zr-N、N-O和N-O键。（5）氮元素的掺入显著提高低含量Y2O3稳定ZrO2的电导率,而氮元素的掺入降低了 Y2O3稳定ZrO2的电导率。（6）界面动力学研究表明铂电极/YSZ界面和铂电极/YSZ:N界面的整个电极反应过程不可逆,且是多步骤电荷反应。以铂电极/3YSZ,铂电极/3YSZ:N为例,当单步反应的转移电子数为2时,前者的塔菲尔常数b为0.205 V,表观传递系数α为1.97,阴阳极电荷传递系数αc和αa分别为0.66和1.52;后者的塔菲尔常数b为0.102 V,表观传递系数α为2.01,阴阳极电荷传递系数αc和αa分别为0.44和0.18。
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