低温超晶格YSZ/STO/YSZ-Al_2O_3薄膜的制备及表征

【摘要】固体氧化物燃料电池(SOFC)具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、无污染等优点。由于Ni/YSZ金属复合材料具备良好的导电性,并且具有低廉的价格和较高的催化性能,因此目前SOFC阳极材料一般采用Ni/YSZ金属陶瓷复合材料。研究合理的工艺,制备性能优良的Ni/YSZ复合材料是阳极研究的主要任务。本文系统的研究了造孔剂含量与阳极气孔率、电导率及微观形貌的关系,结果表明造孔剂含量10wt%时阳极各项性能最好。采用脉冲激光法(PLD)选用性能优良的Ni/YSZ作为阳极材料溅射YSZ薄膜,采用XRD、SEM、交流阻抗对薄膜进行了测试,结果表明：随着衬底温度提高,薄膜的致密性均匀性增加,与基地的结合程度变好,500℃薄膜结晶程度、致密均匀性最好。350-550℃衬底温度沉积的YSZ薄膜均沿(111)方向择优生长,500℃时薄膜(111)择优生长更明显。薄膜YSZ要比粉末YSZ电导率高很多,薄膜厚度达到纳米尺寸时电导率比微米尺寸高,尤其在低温时这种提高更明显。在不同衬底温度A1203单晶基底上依次溅射YSZ/STO/YSZ三层薄膜,利用YSZ(萤石结构)和STO(钙钛矿结构)交迭两个周期形成超晶格电解质,利用超晶格使低温时电解质薄膜的活化能得到降低,从而使电解质在低温时具有较高的电导率,来满足低温燃料电池电解质的要求。测试结果表明：衬底700℃形成薄膜均匀紧密排列,呈规律的圆柱状,断面能够明显区分；择优生长(111)方向明显,低温时活化能最小为0.65ev,低温时比单层电导率高出4个数量级。
【作者】李强；
【导师】丁铁柱；
【作者基本信息】内蒙古大学，物理学，2014，硕士
【关键词】SOFC；Ni/YSZ阳极；YSZ薄膜；低温超晶格；YSZ/STO/YSZ；

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