钼酸镧及钛酸铋钠基固体电解质的电学行为与相变

摘要

氧离子导体固体电解质是固体氧化物燃料电池（SOFCs）的重要材料之一，传统氧离子导体氧化钇稳定的ZrO2（YSZ），因为其高的工作温度带来了诸如成本高、密封困难、与电极材料匹配难等一系列问题，而La2Mo2O9(LMO)新型氧离子导体由于其在中温温度段(500-800 ℃)具有较高离子电导而引起了广泛关注。但是，LMO也还存在一些问题，比如相变导致电导率的下降、结构与导电机理仍不十分明确、还原气氛下不稳定、以及高的热膨胀系数。另外，Bi0.5Na0.5TiO3材料也发现具有潜在的氧离子导电特性，成为固体电解质新的研究热点。因此，本文对中温固体电解质LMO和Bi0.5Na0.5TiO3材料体系的A/B位掺杂取代改性、结构相变以及气氛稳定性进行了较为系统的研究，并分析了导电传输机理，以期获得材料中温段良好的性能指标。
　　采用固相法制备了A位Sr取代LMO(La2-xSrxMo2O9-δ)陶瓷，热分析证实了Sr取代可以有效地抑制相变的发生。研究了其在300-800 K的介电弛豫和反常弥散。损耗频谱tanδ(ω)上宽化的峰可以很好地被修正的Cole-Cole公式拟合，分别获得到其本征弛豫因子τ0、介电弛豫强度Δ、以及激活能Ea。揭示了在频率谱测试范围内，Sr取代量x=0.05时出现的两个介电反常峰与氧离子的扩散有关。不同于纯LMO中唯一的介电反常峰，当Sr取代量x=0.1时，唯一的反常峰对应了不同的氧离子扩散过程。结果表明由Sr取代诱发的不同相之间电导率的变化是偶极效应和氧离子跃迁的联合作用引起的，其介电特征可以认为是偶极子弛豫响应到离子跃迁的转移。
　　采用固相法制备了B位W取代LMO(La2Mo2-xWxO9)陶瓷，热膨胀分析表明随着W含量的增加高温立方相逐渐稳定到室温。分别研究了其在氧气、空气、氮气气氛下的阻抗、弛豫、模量的频率弥散特性，讨论了整个频率依赖的弛豫过程，从晶粒作用（不同氧离子的扩散）到界面的贡献。表明氧气的浓度分压(pO2)对LMO界面的弛豫过程有着明显的影响，在氮气气氛下得到了一个低频下更大界面阻值的LMO相。同时对La2Mo2-xWxO9离子动力学进行研究，两组重合的Z

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论文的主要创新与贡献

目录

第1章 绪 论

1.1 传统的氧离子导体

1.2 新型氧离子导体

1.3 固体电解质的缺陷化学

1.4 电导率

1.5 氧离子导体的研究现状

1.6 本文的选题背景和意义

1.7 本文的研究内容

第2章 实验方法与理论

2.1 实验原料

2.2 制备工艺

2.3 结构表征

2.4 电学性能测试

第3章 锶取代钼酸镧的反常弥散与介电弛豫

3.1 引言

3.2 样品的制备与测试

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 不同气氛下钼酸镧的阻抗特性

4.1 引言

4.2 样品的制备与测试

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 铋和铌共取代钼酸镧的高氧离子导电特性

5.1 引言

5.2 样品的制备与测试

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第6章 微波辅助方法合成低单斜扭曲的钼酸镧

6.1 引言

6.2 合成方法与表征

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

第7章 银修饰钼酸镧的微观形貌与电学性能

7.1 引言

7.2 样品的制备与测试

7.3 结果与讨论

7.4 本章小结

第8章 A/B位共取代钛酸铋钠的反常高氧离子导电特性

8.1 引言

8.2 样品的制备与测试

8.3 结果与讨论

8.4 本章小结

主要结论与展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢

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