本文關(guān)鍵詞：柱狀晶YSZ薄膜的晶界調(diào)控及其對(duì)電導(dǎo)行為的影響　出處：《昆明理工大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：YSZ作為性能優(yōu)良的氧離子導(dǎo)體固態(tài)電解質(zhì),被廣泛應(yīng)用于固體氧化物燃料電池(SOFC)、氧泵、氧傳感器等領(lǐng)域。提高YSZ的離子電導(dǎo)率具有重要的理論和實(shí)際意義,其中,制備YSZ薄膜是一種非常有效的途徑。本文采用射頻磁控濺射方法在A1203基片上制備了YSZ薄膜。XRD分析結(jié)果表明制備態(tài)及800℃退火后的YSZ薄膜均具有立方螢石型結(jié)構(gòu)；SEM分析結(jié)果表明YSZ薄膜具有典型的柱狀晶結(jié)構(gòu),膜層厚度約為2μm,且與襯底結(jié)合良好；TEM分析結(jié)果表明柱狀晶晶粒大小在50-100nm范圍內(nèi)。采用溶膠-凝膠法制備含F(xiàn)e-, Co, Si溶膠,在一定溫度下對(duì)YSZ薄膜進(jìn)行溶膠涂覆熱擴(kuò)散處理。EDS分析結(jié)果表明YSZ薄膜內(nèi)不可避免的存在硅質(zhì)相,摻雜Fe元素后,YSZ薄膜存在的硅質(zhì)相被Fe元素吸附和偏聚至三叉晶界處。電導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果表明,摻雜Fe元素的YSZ薄膜電導(dǎo)率比制備態(tài)高8倍,激活能沒有變化,且摻雜Fe后薄膜的電導(dǎo)率沒表現(xiàn)出對(duì)氧分壓的依賴性,表明摻雜Fe后YSZ薄膜仍為氧離子導(dǎo)電機(jī)制。為研究過渡族元素Fe對(duì)晶界處硅質(zhì)相的清除作用,對(duì)沉積后的YSZ薄膜先摻雜Si元素,然后再研究摻雜Fe后薄膜電導(dǎo)率的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比于制備態(tài),只摻雜Si的薄膜電導(dǎo)率下降3倍,先摻雜Si再摻雜Fe的薄膜電導(dǎo)率提高3倍,三者的電導(dǎo)激活能相同。說明晶界擴(kuò)散摻雜Fe可以清除晶界處不導(dǎo)電硅質(zhì)相,從而提高YSZ柱狀晶薄膜的離子電導(dǎo)率。為研究厚度對(duì)YSZ薄膜電導(dǎo)率的影響,通過調(diào)整磁控濺射沉積時(shí)間制備了不同厚度的YSZ薄膜。YSZ薄膜的斷面SEM結(jié)果表明薄膜具有柱狀晶結(jié)構(gòu),厚度分別為0.67pm,1.47pm,1.84pm,2.52pm。表面TEM結(jié)果表明四種不同厚度薄膜樣品的晶粒大小在40～100nm范圍內(nèi)。電導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果表明,在測(cè)試溫度400-800℃范圍內(nèi),厚度為1.47μm的YSZ薄膜電導(dǎo)率最高。在去除襯底與薄膜界面區(qū)影響后,YSZ薄膜的電導(dǎo)率隨薄膜厚度的增加而增大。根據(jù)空間電荷效應(yīng)理論,隨著薄膜厚度的增加晶界比例降低,晶界對(duì)電導(dǎo)率的影響降低進(jìn)而提高電導(dǎo)率。
[Abstract]:As an excellent solid electrolyte for oxygen ion conductor, YSZ is widely used in solid oxide fuel cell (SOFC) and oxygen pump. It is of great theoretical and practical significance to improve the ionic conductivity of YSZ in the field of oxygen sensor. In this paper, YSZ thin films on A1203 substrate were prepared by RF magnetron sputtering. The results showed that Y films were prepared and annealed at 800 鈩，

本文編號(hào)：1419148