氧离子导体项目总结

1、CDIO项目总结氧离子导体的制备与性能研究小组组员 金韶 阮巍 王韶辉 蒋卫东 CeO2 庞璐 杨秀谨 黄诗阳 陈海潮Bi2O3 唐莹 刘柳 吴林斌 La2Mo2O9指导老师 吴修胜 专业名称 12无机非 研究方向 无机材料化学 完成日期 2015年1月 引言一、氧离子固体电解质的定义 氧离子固体电解质材料就是以氧离子作为主要载流子的固体氧化物电解质材料。氧离子导体是这样一种固体电解质，其中的多数载流子为氧离子，而且其离子电导率要远大于电子电导率。一般地，i（离子电导率）/e（电子电导率） 100 ( 或氧离子传输数 0.99) ，且 i 1 0-3 Scm-1。二、氧离子固体电解质的分类 氧

2、离子固体电解质是指具有一定的氧离子传输特性的固体氧化物，所以又称氧化物固体电解质。氧离子固体电解质按氧化物组分的数目可分为二元体系和多元体系固体电解质。目前，氧离子固体电解质按结构分主要有四种类型： 1、萤石型 （1）稳定化 ZrO2，如：ZrO2CaO、ZrO2Y2O3、ZrO2Sc2O3等。 （2）掺杂 Bi2O3，如：Fe2O3Bi2O3、Sb2O3Bi2O3、V2O5Bi2O3等。 （3）掺杂 CeO2，如：CeO2Y2O3、CeO2Sm2O3和 CeO2Dy2O3等。 （4）掺杂 ThO2，如：ThO2Er2O3、ThO2SrO 和 ThO2BaO 等。 2、烧绿石型，如：掺杂 Gd

3、2Zr2O7，掺杂 Gd2Ti2O7等。 3、钙钛矿型，如：掺杂 LaGaO3。 4、新型氧离子固体电解质，如：钼酸镧（La2Mo2O9）及掺杂钼酸镧。三、氧离子固体电解质的应用 由于氧离子固体电解质能够传输氧离子的特性，氧离子导体在固体氧化物燃( SOFC)、氧传感器、固态离子器件等方面得到了广泛的应用。下面列举了氧离子固体电解质一些具有代表性的应用及其工作原理： 1. 固体氧化物燃料电池 固体氧化物燃料电池可以直接将燃料气体与氧气反应时释放的化学能转换成电能。燃料电池单电池呈三明治结构，又称PEN(Positive-pole, Electrolyte and Negative-pole)多

4、孔的阴极和阳极有中间致密的电解质层隔开，SOFC的发电原理与化学电源一样，电极提供电子转移的场所，阳极催化燃料例如氢的氧化过程，阴极催化氧化剂如氧等的还原过程。氧离子在电解质内迁移，电子通过外电路做功并构成电的回路，SOFC工作方式与常规的化学电源不同，它的燃料和氧化剂储存在电池外的储罐中。当需要电池发电时，只要不断地向电池内送入燃料和氧化剂，就可以得到持续的电源输出。图1 燃料电池构造示意图：图1 燃料电池构造示意图 SOFCs 系统涉及的技术领域极其广泛，包括电力、能源、建筑的供电供热和空调、化工、交通运输、 电子控制、传感器和环境等。因此，SOFC 是近年来全世界的集中研究与开发的重点。

5、图 2 平面型 SOFC 堆叠系统的示意图图 2 所示为平面型 SOFC 堆叠系统的示意图。为了获得高的效率，堆叠系统通过串联各单元进行构造。电池被串接的分离器执行送电并且起到分开燃料气体和空气的功能。为获得令人满意的电特性，电极材料的密集气孔的控制是获得燃料和空气流动的关键，因此，电解质和电极之间的接合是重要的。而且，电解质和分离器材料必须拥有足够的密度以防止两种气体混合。 2. 氧传感器 氧传感器是一种检测氧含量的装置，核心部件是把检测到的物理、化学量换成电量的敏感元件。通常所用的氧传感器中的敏感元件是具有氧离子导电性的固体电解质材料，如氧化锆、氧化钛等固体电解质。 其工作原理(图 3)是

6、在电解质两边的氧浓度不同时，氧离子具有由阴极(高氧气分压侧)向阳极(低氧气分侧)移动的趋势，在阴、阳极之间产生电动势，其理论值大小为：称为 Nernst 公式，pO2(C)和pO2(A)分别为阴极侧和阳极侧氧分压。图3 氧传感器工作原理图利用这一原理可将 ZrO2制成氧传感器，用于检验发动机的燃烧状况，通过测定发动机内排气管内废气中的氧含量（浓度）判定空燃比。结构如下图 4：图4 氧化锆式氧传感器在排气管中的结构3. 温度传感器 因为稳定化 ZrO2的电阻随温度升高而下降，利用这一性质可制成温度传感器，用于高温炉的测温装置中，其测定温度的范围可高达 2200 。 4.透氧膜 透氧膜的工作原理是

7、利用空气中各组分透过膜时的渗透速率不同，在压力差驱动下，使空气中氧气优先通过膜而得到富氧空气。图 5 是透氧膜的工作理。 图5 气体分离器工作原理目录第一章 无机材料科学基础1-1 晶体结构 11-2 缺陷和固溶体31-3相变和相图 51-4烧结10第二章 材料物理性能2-1 电学性质152-2 力学性能19第三章 实验部分3-1 CeO2的制备213-2 Bi2O3的制备233-3 La2Mo2O9的制备30第四章 材料研究方法4-1 差热分析334-1 XRD分析374-1 SEM分析434-1 电导率分析46总结50致谢52第一章 无机材料科学基础1-1 晶体结构晶体结构即晶体的微观结构

8、，是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况。自然界存在的固态物质可分为晶体和非晶体两大类，固态的金属与合金大都是晶体。晶体与非晶体的最本质差别在于组成晶体的原子、离子、分子等质点是规则排列的（长程序），而非晶体中这些质点除与其最相近外，基本上无规则地堆积在一起（短程序）。金属及合金在大多数情况下都以结晶状态使用。晶体结构是决定固态金属的物理、化学和力学性能的基本因素之一。大多数无机材料为晶态材料，其质点的排列具有周期性和规则性。不同的晶体，其质点间结合力的本质不同，质点在三维空间的排列方式不同，使得晶体的微观结构各异，反应在宏观性质上，不同晶体具有截然不同的性质。这次CDIO实验中

9、，我们研究的氧离子导体所用的材料为CeO2、Bi2O3、La2Mo2O9，CeO2和Bi2O3是萤石结构，而La2Mo2O9的结构就较为复杂一些，为非钙钛矿的La2Mo2O9结构，它类似于钙钛矿结构，又有所区别。正是因为结构的原因才导致其能成为氧离子导体材料的主要原因。一、CeO2晶体结构 萤石结构是较为常见的，它属于型结构，属于立方晶系，其结构如下图1-1 CeO2晶体结构图1-1。而CeO2是一种具有立方萤石结构的稀土金属氧化物每个原胞都会含有4个Ce原子和8个O原子，Ce4+位于立方晶胞的顶点及面心位置，O2- 填充在八个四面体空隙，为立方堆积。这样的结构含有大量的八面体空穴，从而允许离

10、子在结构内快速扩散。CeO2经高温还原后可转化为拥有氧缺位的非化学计量比氧 化物，在低温下又可形成一系列各异的氧化物。纯的CeO2从室温至熔点都是立方萤石结构，半导体，依赖于小极化子迁移导电，离子导电可以忽略。CeO2中，Ce4+半径很大，可以与很多物质形成固溶体，当掺入二价或三价氧化物时，在高温下表现出高的氧离子电导和低的电导活化能，使其可以用作的电解材料。二、Bi2O3晶体结构图1-2 Bi2O3晶体结构在 Bi2O3中，Bi3+位于面心立方节点处，O2-占据八个四面体空隙，但Bi2O3与CeO2稍有不同。纯的Bi2O3存在两种热力学稳定晶体形态：Bi2O3和Bi2O3。-Bi2O3在73

11、0以下稳定存在，具有单斜结构，呈P型导电；而Bi2O3则在730以上直至熔点825的范围内稳定存在，具有立方萤石结构。另外，在650以下还会出现具有四方结构（Bi2O3）和体心立方结构（Bi2O3）两种亚稳态。Bi2O3具有立方萤石结构，如图1-2所示，氧离子处于阳离子组成的四面体中。从高温Bi2O3相冷却到室温，由于存在四方Bi2O3和体心立方Bi2O3相，在降温过程中会出现一系列的滞后现象。萤石结构的Bi2O3含25的氧离子空位，因此具有很高的离子电导率。另外，Bi3+具有很强的极化能力，氧离子迁移相对容易和Bi3+与周围无序环境的相容能力强都是其具有高电导率的原因。三、La2Mo2O9晶

12、体结构La2Mo2O9相较于两外两种氧离子导体材料来说，结构稍微复杂一些。La2Mo2O9是最近被报道的一种新型氧离子导体,即使不掺杂低价金属阳离子,其晶格内部也具有相当数量的氧空位, La2Mo2O9与以往的普通氧离子导体的不同之处在于,它可以不通过掺杂,本身就存在本征氧空位，且在600一800中温范围内具有高于传统的稳定化ZrO2:的氧离子电导率。图1-3 La2Mo2O9晶体结构接下来我们就说说它的具体结构吧， 在钼酸镧晶体的一个单胞中，包含4个La3+离子和4个Mo6+离子位于靠近晶格的8个顶角附近。其中【LaO6】构成八面体【MoO4】构成四面体。在体心和面心有较大的自由空间，为氧离

13、子的扩散提供快速通道。如右图所示。另外，钼酸镧在580时会发生高温有序相- La2Mo2O9向低温- La2Mo2O9的转变，但低温相- La2Mo2O9的结构仍然不是很清楚,不仅仅因为它只是相对于高温相发生了微弱的扭曲，更因为其晶胞是相的24倍 ,晶胞内包含了太多的原子,因此很难一一对这些原子做出准确的定位。- La2Mo2O9与-SnWO4具有一致的空间结构，都是 P213空间群。图1-4 La2Mo2O9晶体结构在-SnWO4中二价 Sn2+离子中的 5S2电子是孤对电子，未参与成键，其占据的空间体积大小可以同二价 O2-离子相比拟。若用 E 表示孤对电子，则其化学式能改写为 Sn2W2

14、O8E2，用三价 La3+替代二价Sn2+，六价 Mo6+置换六价 W6+，由于 La3+的离子半径与Sn2+相近而且不含孤对电子，因此这种替代将会消去结构中的 2 个孤对电子，相当于产生 2 个空位，其中的 1个空位被用于进行电中性补偿的氧离子所占据，另 1个则形成氧空位，成为氧离子在晶格中的扩散通道。1-2 缺陷和固溶体（一）缺陷的定义固体在热力学上最稳定的状态是出于0K温度时的完整晶体状态。此时，其内部能量最低。晶体中的原子按理想的晶格点阵排列。实际的真实晶体中，在高于0K的任何温度下，都或多或少地存在着对理想晶体结构的偏离，及存在着结构缺陷。结构缺陷的存在及其运动规律，对固体的电学性质

15、、机械强度、扩散、烧结、化学反应性、非化学计量组成以及材料的物理化学性能都密切相关。只有在理解了晶体结构缺陷的基础上，才能阐明涉及到晶体迁移的速度过程，因而掌握晶体缺陷的知识是掌握材料科学的基础。（二）缺陷的分类1.点缺陷在点缺陷中，根据其对理想晶格偏离的几何位置及成分来划分，可以分为三种类型：（1）填隙原子：原子进入晶体中正常结点之间的间隙位置。（2）空位：正常结点没有被原子或离子所占据，成为空节点。（3）杂质原子：外来原子进入晶格就成为晶体中的杂质。Bi2O3实验中掺杂到氧化铋晶格中的Y3+、La3+、Sr2+都属于杂质原子。根据缺陷产生的原因，也可以把缺陷分为下列三种类型：（1）热缺陷：

16、当晶体的温度高于绝对0K时，由于晶格内原子热振动，使一部分能量较大的原子离开平衡位置造成缺陷。热缺陷又有两种基本形式：弗伦科尔缺陷和肖特基缺陷，其差别如图所示。（2）杂质缺陷：由于外来原子进入晶体而产生的缺陷，杂质原子不仅破坏了原子有规律的排列，而且在杂质原子周围的周期势场引起改变。杂质缺陷又可分为间隙杂质原子和置换杂质原子。La2O3(Bi2O3)2LaBi+3OOY2O3(Bi2O3) 2YBi+3OO2SrO(Bi2O3) 2SrBi+2Oo+Vo.Sm2O3 (CeO2) 2SmCe+3Oo+Vo.Al203(MoO3)2AlMo+3Oo+ 3Vo.由上述方程式可知在Bi2O3、CeO

17、2、La2Mo2O9中掺杂离子均形成置换杂质离子。（3）非化学计量结构缺陷2.线缺陷实际晶体在结晶时受到杂质、温度变化或振动产生的应力作用，或由于晶体受到打击、切削、研磨等机械应力的作用，使晶体内部质点排列变形。原子行列间相互滑移，而不再符合理想晶格的有秩序的排列，形成线状的缺陷称位错。滑移方向与位错线垂直的称为线位错。滑移方向与位错线平行的称为螺位错。3.面缺陷（三）固溶体固溶体，即含有外来杂质原子的晶体，又称固体溶液。固溶体是一种点缺陷范围内的晶体结构缺陷。在固溶体中不同组分的结构基元之间是以原子尺度相互混合的，这种混合并不破坏原有晶体的结构。1.固溶体的分类按溶质原子在溶剂晶格中的位置划

18、分可分为置换型固溶体和填隙型固溶体，显然，在Bi2O3、CeO2、La2Mo2O9中掺杂离子形成的是置换型固溶体。按溶质原子在溶剂晶格中的溶解度可分为连续固溶体和有限固溶体。2.置换型固溶体影响溶质原子在溶剂晶格中的溶解度的主要有以下几个因素：（1）离子尺寸因素在置换固溶体中，离子的大小对形成连续型固溶体或置换型固溶体有直接的影响。从晶体稳定的观点看，相互替代的离子尺寸愈相近，则固溶体愈稳定。（2）晶体的结构类型（3）离子的电价影响（4）电负性电负性相近，有利于固溶体的生成，电负性差别大，倾向于生成化合物。形成连续型固溶体的条件有三个：（1）(r1-r2)/r1(x=29mol%) (x=21

19、mol%) (x=33mol%)La2Mo2O9氧离子导体随着掺杂量X的增大，氧离子电导率大小次序为：（掺杂氧化铋的钼酸镧氧离子导体）：(x=0.025)(x=0) 6(x=0.1) (x=0.05)(x=0.075）（掺杂硝酸铝的钼酸镧氧离子导体）：(x=0)(x=0.075) (x=0.05) (x=0.1) (x=0.025）电导率变化并未完全按掺杂量增大而增大，理论上掺杂量增大，氧空位浓度增大，故氧离子电导率随之增大。而我们实验中出现这种现象，可能原因是随着继续增大掺杂离子浓度，氧空位浓度继续增大，出现缺陷的有序化，在库仑力的互相作用下，带正电的氧空位Vo与带负电的点缺陷之间易形成点缺

20、陷对，从而使氧离子空位的有效浓度下降，致使氧离子电导率降低。三种氧离子导体具备高电导率的原因可总结如下：Bi2O3含25的氧离子空位，Bi3+具有很强的极化能力，氧离子迁移相对容易，还有Bi3+与周围无序环境的相容能力强；CeO2中Ce4+半径很大，可以与很多物质形成固溶体，当掺杂进异价离子后自然增加了更多氧空位；La2Mo2O9晶格内部具有高浓度的固有氧空位,再通过掺杂离子也得到了更多氧空位。另外，在材料物理性能课程中，半导体也是一个重要的电学性能研究方向，半导体分为本征半导体和杂质半导体（又分为p型半导体和n型半导体，其中p型半导体是空穴导电，n型半导体是电子导电）。室温下Bi2O3相以p

21、型空穴导电为主，在温度约550，氧分压低于1.310-5atm的条件下转化为n型导体。Rao等认为，n型导电发生的温度为650以上，即使空气环境也能出现。纯CeO2从室温至熔点都是立方萤石型结构，是n型半导体，依赖小极化子迁移导电，离子导电可以忽略。La2Mo2O9也为n型半导体，样品结构中存在氧空位Vo，可发生氧空位传导而具有氧离子导电性。温度升高，有利于氧离子获得更高的能量，从而有利于氧离子克服能垒而传导。2-2 力学性质从材料物理性能中第五章可以了解到，在高温煅烧的过程中，如果控制炉子的升温速率过快，则会使得样品受由于热膨胀或者收缩引起的的内应力即热应力的影响。热应力的来源主要有三个方面

22、:1.因为热胀冷缩受到限制而产生的热应力，这是由于热胀冷缩受到限制所引起的，如果热应力大于材料的抗拉强度，则会导致材料在冷却的过程中断裂。2.因为温度梯度产生的热应力，固体加热或者冷却时，内部温度分布与样品的大小和形状、材料的热导率和温度变化速率有关。当物体中存在温度梯度时就会产生热应力，因为物体在迅速加热或者冷却时外表的温度比内部变化快，外表的尺寸变化比内部大，因而邻近体积单元的自由膨胀或自由压缩便受到限制，于是产生热应力。例如物体迅速加热时，外表温度比内部高，则外表膨胀比内部大，但相邻的内部的材料限制其自由膨胀，因此表面材料收压缩应力，而相邻的内部材料受拉伸应力。同理迅速冷却时表面收拉伸应

23、力，而相邻内部材料受压缩应力。3.多相复合材料因各相膨胀系数不同产生的热应力。综合实际结果在烧结过程中有的样品出现裂纹的原因是由于升温速率或者冷却速率过快使样品表面和内部受产生热应力的影响的结果。可见，在烧结过程中控制好升温速率是极为重要的。从材料物理性能的第七章中可以了解到，弹性模量是反应材料抵抗应变的能力。陶瓷是脆性材料，在室温下承载时几乎不能产生塑性变形，而在弹性范围内就能产生断裂破坏，陶瓷的弹性变形实际是在外力作用下原子间的平衡位置产生了很小的位移的结果。而由于原子间距和结合能力随温度变化而变化，所以弹性模量对温度变化极为敏感，当温度升高原子间距变大，弹性模量降低，所以材料抵抗应变的能

24、力降低。所以在高温烧结时，材料的弹性模量很低微小的应力就能使样品出现裂纹。材料的断裂应力随温度的变化如图所示。可见温度升高时材料的断裂应力由塑性变形到内在裂纹扩展应力（此时出现裂纹），再到断裂应力（达到此温度时，材料就会发生断裂）最后还会产生交滑移动应力。由断裂应力与温度的关系可以知道温度的控制在烧结过程中是极为重要。温度控制过高烧结时样品更容易出现裂纹。基于弹性模量改变使得材料出现裂纹还有一个原因就是相变引起的弹性模量的改变。材料物理性能中提及到由于相变金属与合金的弹性模量会出现反常的变化，如铁高惹到910时会发生-转变，弹性模量反常增加，而冷却时-转变弹性模量反常降低。钴加热到480时六方

25、晶系钴转变为立方晶系，此时弹性模量也反常升高，冷却时-在400时进行，弹性模量反常降低。考虑到各组样品在升温过程中也存在不同晶相的转变，与次类似，所以在氧化铋、钼酸镧和氧化铈的升温过程中也可能存在因为相变引起的弹性模量反常升高或者降低，导致样品在烧结过程出现裂纹。弹性模量的改变，除了以上这两项原因外还有：1.固溶体溶质的影响，由于溶质原子的加入造成点阵畸变，使弹性模量降低。溶质原子又可能阻碍位错线的弯曲和运动，这又削弱了点阵畸变对弹性模量的影响。当溶质和溶剂原子间结合力比溶剂原子间结合力大时，又会使弹性模量增加反之会降低弹性模量。所以溶质原子可以使固溶体弹性模量增加也可以使他降低。2.晶体结构

26、的影响，弹性模量是依据晶体的方向而改变的，多晶体中的弹性模量不依方向而变化。通过冷变形，且冷变形很大时，由于织构的形成将导致弹性模量的各相异性。第三章 实验部分3-1 CeO2的制备 一、 实验思路烧结过程中许多因素对烧结出的样品都有不同的影响，已知Ce0.8Sm0.2O1.9其作为一种良好的中温燃料电池的电解质，采用硝酸盐一柠檬酸法制备了Ce0.8Sm0.2O1.9 (简称SDC)纳米粉体XRD分析表明，不同温度下焙烧所合成的SDC均属于立方萤石结构，晶粒平均粒径在5.4一24.3nm，SEM结果显示烧结温度在1300的样品，晶粒分布均匀晶界表面明显，此方法制备的SDC粉体活性较高，存在明显

27、的团聚现象在1 300 烧结2 h坯体收缩117。1400烧结10 h的SDC固体电解质在600 和700 电导率分别为0.05259和0.16432 Scm-1，离子导电活化能为1042 kJ/mol。二、实验流程图三、实验用品仪器：玻璃棒X1、烧杯（500mlx1,100mlx4）、量筒（100mlx1,10mlx2）、电子天平、高温箱式控温电炉、粉末压片机、XRD、扫描电镜、交流阻抗谱仪。材料：Sm2O3（99.9%,0.0200mol）、CeO2(99.9%,0.1600mol)、稀硝酸（1mol/L）、30%双氧水、乙二醇（纯）。四、样品制备按Ce0.8Sm0.2O1.9化学计量比，

28、将SmO2溶于浓硝酸，加入等比例的硝酸铈溶液，加入2.5倍金属阳离子总摩尔数的柠檬酸，以适量氨水调溶液pH值到7-8，在160水浴中搅拌蒸发得到透明溶胶，继续蒸干水分得到干凝胶；放置电炉上将其加热，发生自蔓延燃烧，形成泡沫状粉末把该粉体分别在200,400、600、800焙烧2 h备用，将焙烧过的粉体分别压制成13 mm1 mm的圆片，分成不同预烧温度组在1200、1300、1350、1450烧结6 h.然后对样品进行表征。五、样品的测试1.XRD测试压片：取800煅烧，1350烧结的粉体在玻片上平铺压片。检测：将制好的压片放在仪器里，调节好参数后，开始检测，等待检测结果结果计算分析：将得到的

29、结果用软件分析，写出其结构，并计算其理论密度。2.扫描电镜测试分别将1300,1450烧结过后样品装在合适的样品托上，然后将样品托装在样品架的顶端，同时调节样品的高度，使得样品的上表面与样品高度计的下面尽量相平，最后插入样品室，调节交换室抽真空设定好样品的尺寸，以及加速电压和发射电流，发射电流一般选10A，加高压，然后选择图形信号及探测器类型，设定工作距离WD与高度Z（为安全起见z在3MM以上，范围3-30）寻找区域观察图像，调节亮度与对比度，校正像散，记录保存图像。重复进行其他煅烧温度组的观察，直至4组不同煅烧温度的样品都得到观察图像。3.电学性能研究：交流阻抗谱法设备：加热炉、由样品构成的

30、对称电池以及电化学工作站方法：Ag浆涂于样品两侧后，在800保温15min即可用工作电极，其表面电阻必须小于0.002。将样品置于管式炉内。达到指定温度后700，保温约半小时。待炉温稳定后即可开始测量。测量频率范围为0.1MHz到1Hz，个别情形下降至0.1Hz，温度控制在700500。每50测一个点，交流信号的振幅为200mV.测试分别为800预烧温度，不同烧结温度的样品，以及1350烧结温度，不同预烧温度的样品3-2 Bi2O3的制备一、实验思路 Bi2O3 在中温条件下具有很高的电导率，然而高电导率相存在范围窄（730825）和在燃料极容易被还原而产生电子电导的缺点限制了其应用。本课题的

31、目的旨在首先制备出相结构稳定的掺杂改性高电导率的 Bi2O3，并探索Bi2O3基中温固体氧化物燃料电池电解质粉体的相组成、导电性能和机理研究；然后尝试制备出相结构稳定的Bi2O3基电解质与YSZ电解质的复合粉体。目前国内对 SOFC的研究，主要集中在 ZrO2 基的SOFC 方面的研究，Bi2O3基电解质方面的文献较少，选择不同掺杂物对氧化铋电解质进行改性研究并与YSZ进行复合，具有挑战性和创新性。 本文针对高电导率相的稳定性问题，使用Bi2O3和三种掺杂物Y2O3，La2O3， SrCO3为原料，采用化学共沉淀法制备出不同掺杂相以及不同掺杂含量 的改性Bi2O3粉体。试验中用差热分析仪（DT

32、A）、X射线衍射分析（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、以及电化学阻抗谱（CHI）等仪器测试手段对粉体材料的受热变化、相组成、粒径形貌以及电化学性能进行表征。然后尝试用化学沉淀法和CTAB模板法将制备出的相结构稳定的Bi2O3 掺杂电解质与YSZ进行包覆复合。二、实验流程图三、试剂及仪器 氧化镧（La2O3，高纯试剂 4N，国药集团化学试剂有限公司），氧化钇，碳酸锶，氧化铋（Bi2O3,99.0%,天津市致远化学试剂有限公司）,无水乙醇（99.7%，天津市致远化学试剂有限公司）、银浆、PVA（天津博迪化工股份有限公司）YP-15t粉末压片机（天津市金孚伦科技有限公司）；KSL-1400X电阻

33、炉；开启管式电阻炉CQ-GS10A；CHI604E电化学分析仪；CRY-2P高温差热分析仪；JSM-7500F扫描电子显微镜；Y-2000X射线衍射仪。四、 样品的制备3.1.1.2 溶液配置物质名称 Bi2O3La2O3Sr(CO3)2Y(NO3)36H2O所需质量g46.623.33.262.0838.319.2定容体积ml10005001001001000500 表3-2 溶液配置图(1)按照上表计算含量用分析天平准确称量原料，将称量好的Bi2O3，La2O3和Sr(CO3)2分别放人烧杯中，然后分别加入质量分数为65%-68%的硝酸溶液并用玻璃棒不断搅拌，直至粉体完全溶解，在容量瓶中定

34、容得到浓度为0.1mol/l的Bi(NO3)3，在50ml的容量瓶中定容得到浓度为0.1mol/lLa(NO3)3溶液和Sr(NO3)2溶液。(2)将用分析天平称量好的Y(NO3)36H2O溶于蒸馏水中，在容量瓶中配成浓度为0.1mol/l的Y(NO3)3溶液。(3)在室温下将Bi(NO3)3溶液分别与Y(NO3)3溶液，La(NO3)3溶液，Sr(NO3)2按摩尔比3:1混合，置于磁力搅拌机上匀速搅拌30min。3.1.1.3粉体合成(1) 室温下用碱式滴定管向以上三种混合溶液中缓慢滴加体积浓度为5的氨水，直至pH为各混合溶液的滴定终点（如表1-3所示）时停止滴定（用pH试纸测量混合液的pH

35、值），此时生成白色悬浊液。图3-2 滴定图表 3-3 滴定PH表(2) 继续搅拌悬浊液2h，然后陈化12h，接着用真空泵抽滤陈化好的白色溶胶态物质，蒸馏水洗涤三次，无水乙醇洗涤一次后得到凝胶状物质。(3) 将此凝胶干燥12h，然后空气环境中600下煅烧3h，用玛瑙研钵研磨后得到共沉淀复合粉体。煅烧条件如表3-4所示。3.1.1.4 电解质基片的制备将所制备的粉体干压成型（压力6MPA，60s）前驱粉体干压成型，然后700烧结10h，得到电解质基片。3.1.2.3.1 溶液配置 (1) 在室温下将Bi(NO3)3溶液分别与Y(NO3)3溶液分别按摩尔比18:82，21:79，29:71，33:67混合，置于磁力搅拌机上匀速搅拌30min（溶液使用实验一所配溶液）。3.1.2.3.2 粉体合成(1) 室温下用碱式滴定管向以上四种混合溶液中缓慢滴加体积浓度为5的氨水，直至pH8时停止滴定，生成悬浊液。(2) 继续搅拌悬浊液2h，然后陈化12h，接着用真空泵抽滤陈化好的白色溶胶态物质，蒸馏水洗