摻雜ZrO-,2-電解質(zhì)的制備、性能及其導(dǎo)電性的DFT研究.pdf

1、螄∞刪1m㈣⑧天津大鎣博士學(xué)位論文■_■i—I一嘎‘書●爿油■|InI】一一級學(xué)科：塹塾塾蘭皇三矍學(xué)科專業(yè)：笪壁蘭作者姓名：墨堡型指導(dǎo)教師：墮壁塑堡天津大學(xué)研究生院2007年12月中文摘要本文采用高溫固溶法和甘氨酸燃燒合成法制各了Yb203、Sc203(Dy203、A120，和CaO復(fù)合摻雜YSZ固體電解質(zhì)材料，對其電性能、燒結(jié)性、彎曲強度和微結(jié)構(gòu)等進行了實驗分析，并采用密度泛函理論(DFT)方法對多元素復(fù)合摻雜Zr02改性機理進行了研

2、究。此外，采用分子動力學(xué)(Ⅷ)方法模擬了AFMNi針尖與Au基體的相互作用過程。在Zr02中添加適量由Y203、Yb203、Sc203(Dy203)組成的復(fù)合摻雜劑，可以保持Zr02高溫立方螢石結(jié)構(gòu)、增大晶格常數(shù)及氧空位遷移通道半徑(局、改善材料晶界性質(zhì)、有效提高試樣電導(dǎo)率、延緩材料老化速度。添加復(fù)合摻雜劑在8～86m01％時，試樣電導(dǎo)率得到顯著提高(1000℃時達019S／cm)，且試樣在1000“C下連續(xù)工作900h，仍具有較高電導(dǎo)

3、率(約015S／cm)。繼續(xù)添加少量A1203對材料電性能影響較小，添加少量CaO使電導(dǎo)率大幅下降(～50％)。DFT計算表明，Y、Yb和Sc在Z內(nèi)2中取代zr后，陰離子與陽離子間鍵長產(chǎn)生不均等的變化，使Zr02立方結(jié)構(gòu)得以穩(wěn)定，同時引起Zr02晶格畸變、離子電荷發(fā)生重新分布，有效調(diào)制了電子能帶結(jié)構(gòu)中電子軌道的分布和價帶與導(dǎo)帶的位置，減小了能隙寬度，使材料的導(dǎo)電性提高。差分電荷密度的計算結(jié)果表明，多元素摻雜情況下原子間成鍵差異較大，摻雜

4、陽離子周圍產(chǎn)生了電子在局域稀少的電子分布狀態(tài)。AFMNi針尖與Au基體相互作用過程的MD模擬表明，Ni針尖與Au(001)表面接近至023rim時，受范德瓦爾斯引力的作用，Ni針尖與Au基底發(fā)生跳接，體系勢能顯著降低。Ni針尖繼續(xù)進針，針尖原子與Au(001)表層原子相互作用，產(chǎn)生納米壓痕，部分Au原子粘著在Ni針尖周圍，Au基體表層原子發(fā)生位移、原子層錯和原子面滑移等現(xiàn)象，體系勢能有所升高。隨后剛性懸臂被提起，Ni針尖連續(xù)向上運動，在