(GDC-YSZ)N超晶格電解質(zhì)薄膜的制備及其電學(xué)性能.pdf

1、本文采用脈沖激光沉積法(PLD)在Al2O3單晶片上制備了GDC/YSZ（Ce0.9Gd0.1O2-δ/ZrO2∶8 mol％ Y2O3）雙層電解質(zhì)薄膜。研究了GDC/YSZ雙層電解質(zhì)薄膜的微觀形貌(SEM)，X射線衍射圖譜(XRD)，EDX能譜，電化學(xué)性能測(cè)試等。根據(jù)掃描電鏡觀察其電解質(zhì)薄膜的微觀形貌(SEM)，能夠觀察出，GDC/YSZ雙層電解質(zhì)薄膜隨著退火溫度的提高，其薄膜變得更加均勻，襯底與薄膜之間的結(jié)合度變得更加緊密，其致密性

2、同時(shí)也變得更優(yōu)良，其外延生長(zhǎng)情況得以?xún)?yōu)化。根據(jù)X射線衍射圖譜(XRD)的分析，當(dāng)退火溫度逐漸提高時(shí)，GDC/YSZ雙層電解質(zhì)薄膜的結(jié)晶度得以?xún)?yōu)化，沿(111)方向擇優(yōu)生長(zhǎng)，其薄膜(111)衍射峰的強(qiáng)度不斷提高，具有顯著的擇優(yōu)生長(zhǎng)取向。結(jié)果表明，當(dāng)退火溫度達(dá)到850攝氏度時(shí)，其薄膜能夠進(jìn)行比較較好地外延生長(zhǎng)。GDC/YSZ雙層電解質(zhì)薄膜的電導(dǎo)率比單層YSZ薄膜、單層GDC薄膜以及YSZ體材料的電導(dǎo)率都高。
　　使用PLD在Al2O3

3、單晶片上制備(GDC/YSZ)N(Ce0.9Gd0.1O2-δ/ZrO2∶8 mol％Y2O3)超晶格電解質(zhì)薄膜。通過(guò)調(diào)節(jié)其薄膜的界面數(shù)目，但是其薄膜的總厚度被控制為固定值(300nm)，進(jìn)而得到五種不同的(GDC/YSZ)N超晶格薄膜樣品(N=4，6，10，20，30)。Al2O3具備非常穩(wěn)定地化學(xué)性質(zhì)、以及非常低的電子及離子電導(dǎo)率。因此，將Al2O3單晶片做為襯底，可以消除襯底的電導(dǎo)率對(duì)其薄膜總電導(dǎo)率的影響。掃描電鏡觀察其微觀形貌(

4、SEM)和透射電子顯微鏡下地截面圖表明，(GDC/YSZ)N超晶格電解質(zhì)薄膜表面顆粒的致密性、均勻性都很良好，每層薄膜之間結(jié)合性比較緊密，且其薄膜的外延生長(zhǎng)狀況優(yōu)良，每層膜之間的界面清楚，在(GDC/YSZ)N中并沒(méi)有元素?cái)U(kuò)散。X射線衍射圖譜(XRD)與高分辨率透射圖(HR-TEM)研究結(jié)果表明，(GDC/YSZ)N超晶格電解質(zhì)薄膜的結(jié)構(gòu)與運(yùn)輸特性都比較優(yōu)異。從電化學(xué)性能測(cè)試的研究與分析結(jié)果可以看出，當(dāng)(GDC/YSZ)N超晶格電解質(zhì)薄