硅位掺杂磷灰石型硅酸镧电解质材料的制备与性能研究-材料学专业论文.docx

PreparationandPerformanceofApatiteTypeLanthanumSilicateElectrolyteMaterialsDopedinSiliconSiteAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterMajor: MaterialsScienceCandidate:LuMianSupervisor: Institute of TechnologyWuhan,Hubei430073,。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:鲁冕2014年5月27日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解我校有关保留、使用学位论文的规定,即:我校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅。本人授权武汉工程大学研究生处可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保 密,在 年解密后适用本授权书。本论文属于不保密√。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名:鲁冕 指导教师签名:黄志良2014年5月27日 2014年5月27日摘 要作为一种新型固体电解质材料,(SiO4)6O2(以下简称LSO)因其特殊的p63/m磷灰石型晶体结构,在中低温下表现出较高的离子电导率和较低的活化能,具有应用于固体氧化物燃料电池的潜力。一系列研究表明,从制备工艺开发和掺杂改性两个方面展开研究,是提高LSO的电导性能的有效途径。本文采用尿素-***盐燃烧法,选用Al、Ti、V作为掺杂元素,-xMxO26+(以下简称LSMO)(M=Al、Ti、V;x=0,,,,)电解质材料的中低温合成。与传统制备方法相比,有效降低了合成温度,缩短了制备时间。通过XRD、XPS、EDS、IR等测试表征手段对LSMO粉体的物相、成分、结构进行了综合分析,结果表明:燃烧合成的无定形电解质粉体,在800℃煅烧12h后,即具有典型的p63/m磷灰石型晶体结构,且结晶度较高;掺杂元素Al、Ti、V取代Si掺杂进入了LSO的晶格中,并没有影响其磷灰石型晶体结构。研究了不同烧结温度对LSMO烧结体的线收缩率和致密度的影响,并结合烧结体的微观形貌分析,确定了Al、Ti、V掺杂的LSMO电解质的最佳烧结温度分别为1500℃、1500℃、1450℃。运用交流阻抗谱法测试了LSMO烧结体的电导率,通过电导率的分析研究得出:①LSMO烧结体的电导率与温度的关系符合Arrhenius经验公式;②在相同的温度测试条件下,-,高价V5+离子掺杂比低价Al3+离子掺杂更能提高LSMO的氧离子电导率,(),在800℃×10-2S·cm-1;③等价离子Ti4+取代Si4+掺杂对改善电导性能的贡献最小,甚至起到了降低电导率的反效果;④当LSMO的掺杂量过大时,以上三种离子掺杂后的电导率均表现出不同幅度的下降。在间隙氧传导机制的基础上,通过建立“间隙氧”以及“缺陷叠合中心”点缺陷模型,-xMxO26+,提出了间隙氧浓度正增强效应和空间电导增强效应。关键词:燃烧法;磷灰石型结构;硅酸镧;硅位掺杂;onductivityandloweractivationenergy,hexagonalapatite-(SiO4)6O2(LSOforshort),anewkindofsolidstateelectrolytematerials,,,-xMxO26+