釔穩(wěn)定氧化鋯中晶界結(jié)構(gòu)與離子電導(dǎo)的關(guān)系.pdf

1、釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)憑借其在高溫環(huán)境下的高離子導(dǎo)電性和高穩(wěn)定性，成為廣泛應(yīng)用的燃料電池電解質(zhì)材料。研究發(fā)現(xiàn)，晶界離子電導(dǎo)率比晶體內(nèi)部低2～3個數(shù)量級，若使用單晶YSZ，可適當(dāng)提高電導(dǎo)率，但是單晶制備困難、成本很高，因此目前工業(yè)上主要應(yīng)用多晶形式的YSZ電解質(zhì)。為分析晶界結(jié)構(gòu)與離子導(dǎo)電的關(guān)系，本文測量了不同晶界的電導(dǎo)率，計算分析了晶界附近缺陷和團簇的分布，并討論了團簇分布對晶界離子導(dǎo)電的影響。其中晶界通過重位點陣模型進行描述。
　

2、　首先，測量了YSZ中{111}和{110}扭轉(zhuǎn)晶界在高溫條件下的單位面積電阻和激活能，發(fā)現(xiàn)隨∑值增加，{111}扭轉(zhuǎn)晶界的離子導(dǎo)電激活能先增大后減小，單位面積電阻逐漸增加;而{110}扭轉(zhuǎn)晶界的激活能和單位面積電阻都先減小后增大。
　　其次，計算分析了{111}∑3、∑7和∑21扭轉(zhuǎn)晶界附近的氧空位(VO¨)和釔離子(YZr')的形成能和偏聚能，次近鄰(YZr'VO¨)·和(2YZr'VO¨)×團簇的形成能、結(jié)合能和偏聚能，以及

3、(YZr'VO¨)·與YZr'偏聚能的差值，并預(yù)測了缺陷和團簇在晶界附近的分布情況。發(fā)現(xiàn)缺陷和團簇均比較容易分布在晶界附近，其中∑3晶界附近偏聚最容易，但是團簇分布不均勻;∑7和∑21晶界附近，團簇會比較均勻的聚集到晶界兩側(cè);團簇在∑7晶界附近比∑21晶界更容易聚集;在∑7和∑21晶界附近，Y3+離子位于重位點位置時，晶界附近更容易形成相對穩(wěn)定的團簇。
　　最后，我們對以上實驗和計算結(jié)果進行討論，發(fā)現(xiàn)了影響晶界離子導(dǎo)電的三個主要因