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1、化学工程与工艺专业“工程化关键技术研究实验”实验报告实验项目：ZrO2基固体电解质的制备、结构与电学性能表征姓名：朱钊学号：041102219指导教师：钟富兰化学化工学院2014年10月locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfocusedontheassassination.Linping,Zhejiang,1ofwhichliquorwinemasters(WuzhensaidinformationisCarpenter),whogotAfewbayonets,duetomissedfatal,whennightcameZr
2、O2基固体电解质的制备、结构与电学性能表征摘要本论文采用共沉淀法，以一定计量的Y(NO3)3·6H2O和ZrOCl2·8H2O为原料，氨水为沉淀剂，制备一系列掺杂不同含量的Y2O3-ZrO2固体电解质，通过进行XRD、SEM表征以及利用电化学分析仪测试了固体电解质的导电率，研究了不同Y2O3含量及温度对ZrO2固体电解质的晶体结构、形貌对其导电性能的作用规律。结果表明：关键词：共沉淀法；Y2O3-ZrO2固体电解质；XRD；SEM；电导率第一章前言1.1研究背景固体电解质或称为快离子导体是是在一定温度以上具有离子导电性质的一类固体物质。它与材料的晶体结构和物理性能有着直接的关系。研究
3、最多的固体电解质是以ZrO2为代表的氧离子导体（实质是氧空穴传导）[1]。ZrO2是一种新型的陶瓷材料，也是应用得最早的固体电解质材料之一[2]。Nernst在1900年发现了Y2O3稳定化ZrO2的离子导电性，20世纪50年代Kingery和Wagner提出离子空位导电机理[3]。Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)固体电解质,具有较高的氧离子导电性，良好的机械性能，优秀的耐氧化和耐腐蚀性以及不与电极材料反应等优点而成为制作氧传器、高温固体燃料电池、压电陶瓷、铁电陶瓷以及氧泵等的主要材料，而氧化钇稳定氧化锆粉体超细的晶粒粒度、颗粒的均匀性和合理的成分配比是获得高离子电导性能和良好机械强
4、度YSZ固体电解质的关键。目前人们研究、使用了共沉淀法,so-lgel法、水热法、共沉淀-凝胶法、醇-水溶液法、共沸蒸馏技术、微波辅助法、反胶团法或微乳液法等多种制备氧化锆粉体的方法[4]。但这些方法都有其各自的优点，同时也有其不足之处，所以，探索一种操作简单，成本低廉，并且可以得到高质量ZrO2纳米粉体的制备方法，并提高其电导率和载氧量就成了人们努力的方向。1.2ZrO2的晶体结构及其稳定化locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfocusedontheassassination.Linping,Zhejiang,1ofwhi
5、chliquorwinemasters(WuzhensaidinformationisCarpenter),whogotAfewbayonets,duetomissedfatal,whennightcameZrO2有三种晶型结构：单斜（M）、四方（T）和立方（C）晶型。其晶型变化如下：这些相变导致很大的体积效应，如加热时，单斜晶转变为四方晶，体积收缩7-9%；在冷却过程中，其结果与前者相反。四方晶向立方晶转变也会出现类似的情况。加上材料的导热系数小，热膨胀系数大，使得纯ZrO2的抗热震性极差而无法直接使用。因此，首先要对纯ZrO2进行稳定化处理。对ZrO2进行稳定化处理就是在纯ZrO
6、2中添加适量的二价或者三价立方对称氧化物（如Y2O3、MgO、CaO、CeO2等）。高温下这些立方格子的氧化物在ZrO2的原始晶格上施加一个很小的压力，强迫ZrO2形成立方萤石结构[5,6]。1.3Y2O3-ZrO2固体电解质的反应机理在ZrO2晶格中,2个Zr4+周围最近邻有4个O2-,而加入Y2O3后,Y3+置换了晶格上的Zr4+,为了保持电中性,2个Y3+周围只能有3个O2-,而置换前应有4个O2-,这样就出现了1个氧离子(O2-)空位。在高温下,当YSZ两侧存在氧浓度差或电压时,这些氧离子空位可接受氧离子,使氧离子从一侧向另一侧定向移动,这就是YSZ的氧离子空位导电机理,YS
7、Z也被称为固体电解质[7]。因此，全稳定化ZrO2在形成的立方固溶体中产生大量的氧离子空位，具有很高的离子导电性，是优良的固体电解质，已在许多方面得到广泛应用。1.4研究意义汽车发动机工作时除了排出CO2外，还会产生大量的光化学烟雾气体CO、HC、NOX（以NO为主的氮氧化合物）等，对人类及动植物的生存环境造成严重的污染。出于环保的要求，许多汽车在排气系统中安装了三元催化器以减少CO、HC、NOX的排放量。但是三元催化器只有在理论空燃比（A/F=14.7：
