鈦酸鉍鈉（Na0.5Bi0.5TiO3,簡稱NBT）基無鉛壓電材料在壓電和介電應(yīng)用領(lǐng)域有廣闊的前景,但它也是性能優(yōu)良的氧離子導(dǎo)體,在作為固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)上有潛在的應(yīng)用價(jià)值,所以引起了廣泛的關(guān)注。相比其它氧離子導(dǎo)體,NBT基氧離子導(dǎo)體具有以下優(yōu)點(diǎn):1.在中低溫操作溫度下能得到較高的晶粒電導(dǎo)率;2.大部分材料在氧化或還原氣氛下只有單純的氧離子傳導(dǎo),不會(huì)產(chǎn)生電子電導(dǎo);3.在還原氣氛下不會(huì)產(chǎn)生大幅度的降解等。這些優(yōu)點(diǎn)使得它具有很大的研究價(jià)值。但材料本身結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系尚不明確,以及導(dǎo)電、介電等方面的性能有待提高。本文通過對鈦酸鉍鈉進(jìn)行摻雜,根據(jù)XRD、SEM、拉曼、交流阻抗、介電溫譜、鐵電等表征得出的結(jié)果來討論鈦酸鉍鈉基陶瓷的導(dǎo)電機(jī)理和它們的電學(xué)性能。Na0.5Bi0.5TiO3鐵電體由于其在高溫下高漏導(dǎo)電流,表現(xiàn)出氧離子導(dǎo)體的特性。采用傳統(tǒng)固相反應(yīng)法制備了 K和Ga共摻雜NBT陶瓷,并對其導(dǎo)電機(jī)理和電性能進(jìn)行了研究。揭示了該化合物是氧離子傳導(dǎo)主導(dǎo)的以及在氮?dú)庀碌姆�(wěn)定性。隨著K+濃度的降低和Na/K-O振動(dòng)的增強(qiáng),晶粒導(dǎo)電性得到了提高。過量的K摻雜阻礙了氧空位遷移,這是由于氧空位VO... 

【文章來源】：西安科技大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

固體氧化物燃料電池原理圖

一些問題，在高溫還原氣氛下容易被還原成Ce3+，產(chǎn)生電子電導(dǎo)，形成阻力降低電池的轉(zhuǎn)化效率，而且導(dǎo)電溫度區(qū)間窄[19]；另外，還原成Ce3+的過程中半徑會(huì)增大，引起晶格畸變，對性能的穩(wěn)定性造成影響。后來，人們進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，共摻雜的CeO2體系可以有效避免以上問題。Wang等[20]制備的Gd3+、Sm3+共摻雜CeO2材料在500~700°C時(shí)，電導(dǎo)率可達(dá)0.048S/cm。另外，經(jīng)常采用在CeO2電解質(zhì)表面涂一層1~1.5μm的YSZ薄膜，也能有效解決CeO2基電解質(zhì)的還原問題�，F(xiàn)階段，人們主要研究共摻雜CeO2基的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。圖1.2常見電解質(zhì)的電導(dǎo)率比較[21]Figure1.2ComparisonofelectricalconductivityofcommonelectrolytesBi2O3是一種多晶型物質(zhì)，主要有α、β、γ、δ相，在常見的以上幾種電解質(zhì)材料中，δ-Bi2O3基氧離子導(dǎo)體擁有最高的電導(dǎo)率，這是因?yàn)樵谒难醺顸c(diǎn)上存在有大量的空位。離子電導(dǎo)率在500°C可達(dá)0.1S/cm，且它的燒結(jié)溫度低，易于燒結(jié)成致密的陶瓷，使得電池內(nèi)阻減小，有利于燃料電池。但δ-Bi2O3結(jié)構(gòu)的氧離子導(dǎo)體存在的溫度范圍窄（730~850°C）且低溫時(shí)由α→δ相會(huì)使晶胞體積增大，導(dǎo)致材料的斷裂和性能的惡化[22]。通常采用摻雜的方法來拓寬δ-Bi2O3基電解質(zhì)的使用溫度。摻雜Er2O3的Bi2O3，電導(dǎo)率

1緒論7圖1.3NBT晶體結(jié)構(gòu)示意圖[36]Figure1.3SchematicoftheNBTCrystalstructure1.3.1介電介電性能是指介電材料在外電場作用下發(fā)生電極化的現(xiàn)象，根據(jù)極化機(jī)理不同，可分為電子、離子、偶極子和界面極化。材料介電性能通常是多種極化共同作用的結(jié)果，不同極化對頻率、時(shí)間的響應(yīng)都不同。通常用介電常數(shù)、介電損耗、電導(dǎo)率等來描述介電性能。介電常數(shù)ε′是對極化強(qiáng)度的反應(yīng)，極化越強(qiáng)介電常數(shù)則越高，介電常數(shù)會(huì)隨著溫度、頻率的變化而變化。介電損耗tan則是電介質(zhì)在電場作用下消耗部分電能以熱能散失能量的過程，主要是由漏導(dǎo)損耗和極化損耗等造成。鈦酸鉍鈉Na0.5Bi0.5TiO3,NBT是典型的弛豫鐵電體，在室溫下是三方相R3c結(jié)構(gòu)，居里溫度為320C，具有高的剩余極化(Pr=38μC/cm2)，較好的壓電系數(shù)d33=73pC/N，較低的燒結(jié)溫度(一般小于1200C)和相對較小的介電常數(shù)(εr=290~524)，同時(shí)較大的矯頑場Ec=73kV/cm和復(fù)雜的相變限制其應(yīng)用。NBT的介電溫譜中通常會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)介電異常峰，一個(gè)出現(xiàn)在去極化溫度Td,200C附近，另一個(gè)是居里溫度點(diǎn)Tm,320C。隨著測試溫度的升高，介電常數(shù)也隨之增加并在Td附近具有強(qiáng)烈的頻率色散表現(xiàn)出明顯的弛豫特性，而介電常數(shù)在Tm處對頻率的依賴性則隨之減弱。Td的存在是三方相和四方相極性納米區(qū)域熱激活過程沒有相變發(fā)生，Tm則是因?yàn)槿较嗪退姆较鄻O性納米區(qū)域相變過程引起。對NBT進(jìn)行改性，當(dāng)不同陽離子占據(jù)同一晶格位點(diǎn)時(shí)，會(huì)造成晶格弛豫，使得相變峰會(huì)擴(kuò)散，隨著頻率的升高Tm向高溫移動(dòng)。在兩個(gè)介電峰之間會(huì)形成介電平臺(tái)，當(dāng)介電常數(shù)在較長的溫度范圍內(nèi)具有較小的變化，介電損耗在較寬溫度內(nèi)具有較小值時(shí)0.02意味著該介電材料可在較高溫度內(nèi)使用。圖1.4是(1-x)(0.6Bi0.5Na0.5TiO3-0.4Sr0

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本文編號：3288478