Nd摻雜對La(Sr)Ga(Mg)O3離子傳導的影響.pdf

1、由于氧離子導體在燃料電池、氧傳感器以及固態(tài)離子器件等方面的廣闊應用前景而倍受關注，人們對其進行的理論和實驗研究是越來越深入和細致，并取得了許多突破性的進展。Sr和Mg摻雜的LaGaO3(LSGM)在中低溫區(qū)具有較高的離子電導率，對氧分壓的容忍性好，被認為是具有很大發(fā)展?jié)摿Φ墓腆w電解質材料。在LaGaO3基電解質中Mg的引入對電導率的提高有明顯的作用，這是因為Mg2+的半徑與Ga3+的半徑很接近，從而更容易進入晶格；Mg2+為二價陽離子，

2、可產生多余的氧空位，Mg2+的引入可以增加La位Sr的溶解度。
　　LSGM體系在中低溫區(qū)具有較高的離子電導率，能夠更易于應用于社會生產，但是LSGM體系自身的導電活化能較高，合成過程中易產生LaSrGa3O7和LaSrGaO4雜質等，還有待于進一步研究。稀土鎵酸鹽只有LaGaO3，PrGaO3，NdGaO3可以在常壓下合成，同時，摻雜PrGaO3和NdGaO3比摻雜LaGaO3的導電活化能更小，Nd摻雜的LaGaO3具有較高的離

3、子遷移數(shù)，因此可以在LSGM的A位中摻入Nd，降低它的導電活化能，提高LSGM中低溫區(qū)的電導率。
　　本文采用固相反應法制備了LSGM及Nd摻雜的LSGM固體電解質材料并探討了氧離子在LaGaO3晶格中遷移的微觀機制。
　　La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85的精修結果表明其鈣鈦礦相已經形成，可與Pbnm群很好的擬合，并給出了相應的晶格常數(shù)。隨著Nd摻雜濃度的提高，LaGaO3的主峰逐漸移向高角度方向，由于Nd

4、3+　　不同燒結溫度和保溫時間對LSGM體系電解質的電導率具有很大的影響，在1300-1450℃之間燒結易產生雜相，對于不同比例的樣品，有著不同的適宜燒結條件。其中La0.9Sr0.1Ga0.8M

5、g0.2O3在1400℃燒結4h的樣品導電活化能最低，為52.93kJ/mol，對應的電導率也比相同溫度下保溫8h和20h的兩個高，800℃時為6.7×10-2S/cm，700℃時為2.72×10-2 S/cm。La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3的活化能Ea=6.76kJ/mol小于Edc=52.93kJ/mol，直流電導的活化能大于離子躍遷所需要的晶格活化能。對于摻雜Nd后的LSGM來說La0.7Nd0.2Sr0.1Ga0.

6、9Mg0.1O3在800℃時電導率為0.033 S/cm，700℃時為0.015S/cm，導電活化能為84.8kJ/mol，需要克服的晶格活化能為68.2kJ/mol。
　　觀察到LNSGM固體電解質具有典型的介電弛豫現(xiàn)象，隨著頻率的增加，損耗峰大小基本不發(fā)生變化，損耗峰向高溫方向移動，在峰強處介電常數(shù)急劇變化，對于Mg-10％系列的樣品，Nd的摻雜濃度對低溫損耗峰的影響較小，對高溫損耗峰的影響較大，隨著A位和B位摻雜濃度的增加，