项目名称: 界面区异价元素掺杂对CeO2基电解质空间电势调控及导电行为的影响

项目编号: No.51462018

项目类型: 地区科学基金项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 孟彬

作者单位: 昆明理工大学

项目金额: 47万元

中文摘要: CeO2基固态电解质的导电行为直接受界面空间电势的影响和控制,通过在晶界区掺杂异价元素调控界面空间电势、改善其电导性能具有重要的理论和现实意义。本项目针对等轴晶和柱状晶结构CeO2基电解质的界面特征,拟分别采用晶粒包覆烧结和晶界扩散+热处理工艺实现异价元素的晶界掺杂和界面空间电势调控,进而灵活调控其导电行为。研究内容包括:①采用晶粒包覆法结合不同的烧结制度制备等轴晶CeO2基陶瓷,实现元素的掺杂并控制其在晶界区的分布、偏析。②采用磁控溅射法制备柱状晶结构CeO2基薄膜并在其表面连续沉积异价元素扩散层,利用快速退火工艺实现该元素沿晶界的扩散掺杂。③分析和建立异价掺杂离子与基体元素的作用机制,揭示不同价态离子对晶界空间电势调控的影响规律,确定通过空间电势调控改善CeO2基电解质导电行为的工艺途径。本项目将为改善CeO2基电解质的电导特性、拓展其应用范围探索新的途径并奠定相应的理论基础。

中文关键词: 固体电解质;离子电导率;界面空间电势;异价元素掺杂

英文摘要: Based on the fact that the electrical conductivity behavior of CeO2-based solid electrolyte is affected and controlled by the interfacial space potential directly, it is significant to improve the electrical properties of this electrolyte through the adjustment and control of the interfacial space potential by means of doping the aliovalent elements from both theoretical and practical aspects. In this project, aiming at the interfacial characteristics of the electrolytes with both equiaxed and columnar microstructures, the methods of encapulsating the grain particles and grain boundary diffusion+heat treatment are adopted respectively to dope the aliovalent metal ions into the interface in order to adjust the space potential and improve the electrical conductivity. The research contents include: ①equiaxed CeO2-based ceramics will be prepared through encapulsating the grain particles combined with different sintering processes so that the elements can be doped into the interface and their distribution and segregation can be controlled. ②CeO2-based films with the columnar structure will be fabricated by magnetron sputtering process, and a diffusion layer composing of aliovalent metal elements will be deposited on their surface continuously. The diffusion along the grain boundary and the doping of the elements will be realized by a consequent rapid annealing process. ③the mechanisms about the interactions between the doped ions and the matrix elements will be analyzed, and the regulations about the influences of the aliovalent doped ions on the interfacial space potential will be discovered. The optimal process about the adjustment and control of the interfacial space potential will be determined to improve the electrical conductivity of the CeO2-based ceramics. This project will contribute to the increment of the electrical conductivity of the CeO2-based solid electrolytes, the extension of their application fields and the establishment of the corresponding theoretical basis.

英文关键词: Solid electrolytes;Ionic conductivity;Interfacial space potential;Aliovalent elemental doping

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