實驗報告 - 副本

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1、化學(xué)工程與工藝專業(yè)“工程化關(guān)鍵技術(shù)研究實驗”實驗報告實驗項目：ZrO2基固體電解質(zhì)的制備、結(jié)構(gòu)與電學(xué)性能表征姓名：朱釗學(xué)號：041102219指導(dǎo)教師：鐘富蘭化學(xué)化工學(xué)院2014年10月locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfocusedontheassassination.Linping,Zhejiang,1ofwhichliquorwinemasters(WuzhensaidinformationisCarpenter),whogotAfewbayonets,duetomissedfatal,whennightcameZr

2、O2基固體電解質(zhì)的制備、結(jié)構(gòu)與電學(xué)性能表征摘要本論文采用共沉淀法，以一定計量的Y(NO3)3·6H2O和ZrOCl2·8H2O為原料，氨水為沉淀劑，制備一系列摻雜不同含量的Y2O3-ZrO2固體電解質(zhì)，通過進行XRD、SEM表征以及利用電化學(xué)分析儀測試了固體電解質(zhì)的導(dǎo)電率，研究了不同Y2O3含量及溫度對ZrO2固體電解質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)、形貌對其導(dǎo)電性能的作用規(guī)律。結(jié)果表明：關(guān)鍵詞：共沉淀法；Y2O3-ZrO2固體電解質(zhì)；XRD；SEM；電導(dǎo)率第一章前言1.1研究背景固體電解質(zhì)或稱為快離子導(dǎo)體是是在一定溫度以上具有離子導(dǎo)電性質(zhì)的一類固體物質(zhì)。它與材料的晶體結(jié)構(gòu)和物理性能有著直接的關(guān)系。研究

3、最多的固體電解質(zhì)是以ZrO2為代表的氧離子導(dǎo)體（實質(zhì)是氧空穴傳導(dǎo)）[1]。ZrO2是一種新型的陶瓷材料，也是應(yīng)用得最早的固體電解質(zhì)材料之一[2]。Nernst在1900年發(fā)現(xiàn)了Y2O3穩(wěn)定化ZrO2的離子導(dǎo)電性，20世紀50年代Kingery和Wagner提出離子空位導(dǎo)電機理[3]。Y2O3穩(wěn)定的ZrO2(YSZ)固體電解質(zhì),具有較高的氧離子導(dǎo)電性，良好的機械性能，優(yōu)秀的耐氧化和耐腐蝕性以及不與電極材料反應(yīng)等優(yōu)點而成為制作氧傳器、高溫固體燃料電池、壓電陶瓷、鐵電陶瓷以及氧泵等的主要材料，而氧化釔穩(wěn)定氧化鋯粉體超細的晶粒粒度、顆粒的均勻性和合理的成分配比是獲得高離子電導(dǎo)性能和良好機械強

4、度YSZ固體電解質(zhì)的關(guān)鍵。目前人們研究、使用了共沉淀法,so-lgel法、水熱法、共沉淀-凝膠法、醇-水溶液法、共沸蒸餾技術(shù)、微波輔助法、反膠團法或微乳液法等多種制備氧化鋯粉體的方法[4]。但這些方法都有其各自的優(yōu)點，同時也有其不足之處，所以，探索一種操作簡單，成本低廉，并且可以得到高質(zhì)量ZrO2納米粉體的制備方法，并提高其電導(dǎo)率和載氧量就成了人們努力的方向。1.2ZrO2的晶體結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定化locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfocusedontheassassination.Linping,Zhejiang,1ofwhi

5、chliquorwinemasters(WuzhensaidinformationisCarpenter),whogotAfewbayonets,duetomissedfatal,whennightcameZrO2有三種晶型結(jié)構(gòu)：單斜（M）、四方（T）和立方（C）晶型。其晶型變化如下：這些相變導(dǎo)致很大的體積效應(yīng)，如加熱時，單斜晶轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄Вw積收縮7-9%；在冷卻過程中，其結(jié)果與前者相反。四方晶向立方晶轉(zhuǎn)變也會出現(xiàn)類似的情況。加上材料的導(dǎo)熱系數(shù)小，熱膨脹系數(shù)大，使得純ZrO2的抗熱震性極差而無法直接使用。因此，首先要對純ZrO2進行穩(wěn)定化處理。對ZrO2進行穩(wěn)定化處理就是在純ZrO

6、2中添加適量的二價或者三價立方對稱氧化物（如Y2O3、MgO、CaO、CeO2等）。高溫下這些立方格子的氧化物在ZrO2的原始晶格上施加一個很小的壓力，強迫ZrO2形成立方螢石結(jié)構(gòu)[5,6]。1.3Y2O3-ZrO2固體電解質(zhì)的反應(yīng)機理在ZrO2晶格中,2個Zr4+周圍最近鄰有4個O2-,而加入Y2O3后,Y3+置換了晶格上的Zr4+,為了保持電中性,2個Y3+周圍只能有3個O2-,而置換前應(yīng)有4個O2-,這樣就出現(xiàn)了1個氧離子(O2-)空位。在高溫下,當YSZ兩側(cè)存在氧濃度差或電壓時,這些氧離子空位可接受氧離子,使氧離子從一側(cè)向另一側(cè)定向移動,這就是YSZ的氧離子空位導(dǎo)電機理,YS

7、Z也被稱為固體電解質(zhì)[7]。因此，全穩(wěn)定化ZrO2在形成的立方固溶體中產(chǎn)生大量的氧離子空位，具有很高的離子導(dǎo)電性，是優(yōu)良的固體電解質(zhì)，已在許多方面得到廣泛應(yīng)用。1.4研究意義汽車發(fā)動機工作時除了排出CO2外，還會產(chǎn)生大量的光化學(xué)煙霧氣體CO、HC、NOX（以NO為主的氮氧化合物）等，對人類及動植物的生存環(huán)境造成嚴重的污染。出于環(huán)保的要求，許多汽車在排氣系統(tǒng)中安裝了三元催化器以減少CO、HC、NOX的排放量。但是三元催化器只有在理論空燃比（A/F=14.7：