PDF《MgO-PSZ 固体电解质导电性质的研究 1》

(2)具有良好的电子导电性;

(3)能与测试的 电解质样品紧密结合,没有漏氧的间隙;

(4)制备工艺简单,成本低廉. 金属为良好的电子导体,在所需的测定温度范围内一般为固态,氧在其中的扩散很慢, 因此是制作氧离子阻塞电极的理想材料.存在的主要问题是金属与固体电解质材料(陶瓷材 料)的结合问题.一般说来,纯净的金属与陶瓷材料是不浸润的,因此,如何解决好两者间 http://www.paper.edu.cn

3 的密封结合问题是能否发挥金属作为氧离子阻塞电极优点的关键所在. 综合以上因素的考虑,本文采用了电镀铜的方法.由于常温下试样不导电,所以需将试 样的一面及侧面预先喷涂上一层铜膜或者涂敷煅烧一层 Pt 膜,本文尝试了这两种措施.然 后将待镀试样放到电镀液中(硫酸铜浓度为 200g/l,硫酸浓度为 60g/l),通10mA/cm

2 的电流 [5] .图3和图

4 分别为电镀铜装置和镀铜后试样的示意图.对试样进行 SEM 分析,如图

5 和图

6 所示. 图3. 电镀装置示意图 图4. 试样结构示意图 Fig.3. Schematic illustration of apparatus Fig.4. Schematic illustration of sample'

s for electroplating configuration 在图

5 中,由下往上的顺序依次为 MgO-PSZ 试样、铜膜、电镀铜层.图6中左下部分 为试样,右上部分为电镀铜.可以看到试样和铜结合的很紧密,镀铜层比较致密. 将镀铜后的试样两面均匀涂上铂浆,粘上铂丝,在800℃下烧结 30min,即可得到待测 试样.测试过程中为了避免铜被氧化,在炉内通入纯 N2 保护.由于铜镀层很薄,其电阻可 以忽略不计,选择跃阶电压测量程序,测量步骤同总电导率测定.图7为900℃时试样电流 随时间的衰减曲线. 3.试验结果与分析 在600~900℃温度范围内,测量了试样的总电导和电子电导,并由此计算得出了试样的 总电导率、电子电导率及电子迁移数,结果如表

1 所示. 根据表

1 的数据分别作试样的总电导率和电子电导率的 Arrhenins 曲线 [6] , 如图

8 和图

9 所示,从图中可以看到,logσtotal 和logσe 与1000/T 均表现出良好的线性关系,电导激活能 分别为 0.706eV 和0.537eV. http://www.paper.edu.cn

4 图5. 喷铜试样的断面 SEM 照片 图6. 涂铂浆试样的断面 SEM 照片 Fig.5. SEM photo of cross-section for sample Fig.6. SEM photo of cross-section for with spraying copper sample with Pt paste 图7. 试样电流随时间的衰减关系曲线(900℃) Fig.7. The relation of Attenuation current with time for sample at 900℃ 表1. 不同温度下试样的总电导率、电子电导率和电子迁移数 Table 1. The total conductivities, electronic conductivities and electronic transference numbers of sample at different temperature 温度(℃)

600 650

700 750

800 850

900 σtotal*10 -3 0.4748 0.7653 1.248 1.862 2.831 3.475 5.390 σe*10 -6 3.996 5.474 7.835 11.68 14.85 19.05 23.55 te 0.008 0.007 0.006 0.006 0.005 0.005 0.004 http://www.paper.edu.cn

5 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 -3.6 -3.4 -3.2 -3.0 -2.8 -2.6 -2.4 -2.2 log σ/ S . cm -1 1000/Τ(1/Κ) Y=-3.55953X+0.74912 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 -5.5 -5.4 -5.3 -5.2 -5.1 -5.0 -4.9 -4.8 -4.7 -4.6 -4.5 log σ/ S . cm -1 1000/T(1/K) Y=-2.70555X-2.31177 图8. 试样总电导率与温度的关系 图9. 试样电子电导率与温度的关系 Fig.8. The relation of sample'

s total conductivity Fig.9. The relation of sample'

s electronic with temperature conductivity with temperature 3.结论 用交流阻抗谱法和 Wagner 直流极化法分别测定了 8mol%MgO-PSZ 的总电导率和电子 电导率,结果表明,两者都遵循 Arrhenins 方程.在实温度范围内,电子迁移数小于 0.01. 从对电镀法制备氧离子阻塞电极的试样进行的 SEM 分析和实验测定数据看,都证明采用电 镀法制备的阻塞电极能有效地阻塞氧离子,而且能够与 MgO-PSZ 紧密结合. 参考文献 [1] 安胜利,吴卫江,刘庆国. 氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质电子导电性的测定[J]. 耐火材料, 1990, 24(3) :52-55 [2] 夏晖,李福龅. 双固体电解质气体传感器电势公式的修正[J]. 中国科学技术大学学报,2002,32: 370-378 [3] 林祖v等. 快离子导体(固体电解质)[M]. 第一版,上海:上海科学技术出版社,1983, p.66-70 [4] Congjin Jin, Liansheng Li, Yanruo Hong. Properties of Laβ-Al2O3[J]. Solid State Ionics, 1998,