Sm3+摻雜濃度對(duì)CeO2基離子導(dǎo)體的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)影響的研究.pdf

1、作為第四代燃料電池的固體氧化物燃料電池（簡(jiǎn)稱SOFC）的電解質(zhì)材料，摻雜CeO2基電解質(zhì)材料由于制備簡(jiǎn)單、在中溫區(qū)(500-700℃)電導(dǎo)率比釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)高近一個(gè)數(shù)量級(jí)而受到廣泛的青睞。
　　本文以Sm3+摻雜CeO2基電解質(zhì)(SDC)為主要研究對(duì)象，研究了Sm3+摻雜濃度對(duì)CeO2基離子導(dǎo)體的微結(jié)構(gòu)、表面形貌、離子電導(dǎo)率和光致發(fā)光的影響。從體相導(dǎo)電的角度來(lái)說(shuō)，Sm3+摻雜CeO2基電解質(zhì)材料的載流子濃度、氧空位遷移焓和

2、缺陷締和焓均與摻雜濃度有關(guān)。同時(shí)，從晶界導(dǎo)電的角度來(lái)說(shuō)，由于Sm3+摻雜CeO2基電解質(zhì)材料一般是以多晶形式存在的，因此，摻雜濃度可能會(huì)改變晶界電導(dǎo)率在材料總電導(dǎo)率中所占的比例。本文采用甘氨酸-硝酸鹽法制備了不同摻雜濃度的Ce1-xSmxO2-x/2(x=0.1，0.15，和0.20)電解質(zhì)材料，研究了摻雜濃度對(duì)氧離子導(dǎo)體的微觀結(jié)構(gòu)、電學(xué)性能和光致發(fā)光性能的影響。XRD測(cè)試結(jié)果顯示，不同摻雜濃度樣品經(jīng)1300℃燒結(jié)10小時(shí)后均為單相性好

3、的立方螢石結(jié)構(gòu)，從XRD譜圖中未觀察到其它非立方螢石結(jié)構(gòu)的衍射峰，樣品的晶胞參數(shù)隨摻雜濃度增加逐漸增大。SEM結(jié)果表明，1300℃燒結(jié)10小時(shí)后，Sm3+的摻雜濃度的變化不會(huì)顯著改變材料的平均晶粒尺寸的大小。交流阻抗測(cè)試表明，摻雜濃度為0.10時(shí)，材料具有最大的體相電導(dǎo)率，主要是由于降低了氧空位的遷移焓導(dǎo)致的;摻雜濃度為0.20時(shí)，材料具有最大的晶界電導(dǎo)率，主要是由于降低了晶界的空間電荷勢(shì)和增大了晶界的載流子濃度導(dǎo)致的;總電導(dǎo)率的變化就