納米晶氧化鉍-氧化釔固體電解質(zhì)的制備及性能研究.pdf

1、本文采用反向滴定化學(xué)沉淀法制備了納米Bi2O3和Bi2O3-Y2O3(75mol％Bi2O3+25mol％Y2O3)粉體；采用TG-DSC、高溫XRD詳細(xì)研究了納米Bi2O3體系粉體的高溫相變化規(guī)律；借助高溫拉曼光譜儀對(duì)納米Bi2O3體系的高溫相結(jié)構(gòu)和有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變規(guī)律進(jìn)行了研究；對(duì)Bi2O3-Y2O3在高溫低氧分壓條件下的熱力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行了研究；制備了多種晶粒尺寸的固體電解質(zhì)材料，并對(duì)其離子導(dǎo)電性能進(jìn)行了研究。 反向滴定化學(xué)沉

2、淀法制備的納米β-Bi2O3，顆粒小于40nm。高溫XRD研究結(jié)果表明，在升溫過(guò)程中β-Bi2O3從380℃開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)棣料啵?80℃時(shí)轉(zhuǎn)變完全；720℃開(kāi)始由α-Bi2O3轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Bi2O3，在811.6℃～816.6℃左右熔化。降溫時(shí)則在630℃時(shí)由δ-Bi2O3轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g相β-Bi2O3；然后在500℃附近向α-Bi2O3轉(zhuǎn)變并穩(wěn)定到室溫。納米Bi2O3粉體的相變溫度和熔點(diǎn)明顯低于微米晶粒Bi2O3。并且隨Bi2O3晶粒尺寸的減小

3、，相變溫度有進(jìn)一步降低的趨勢(shì)。 反向滴定化學(xué)共沉淀法制備的β-Bi2O3-Y2O3，顆粒小于30nm。高溫XRD研究結(jié)果表明：升溫過(guò)程中，β-Bi2O3-Y2O3在440℃開(kāi)始向δ-Bi2O3-Y2O3轉(zhuǎn)變，同時(shí)殘留的Y2O3繼續(xù)向Bi2O3中固溶，到了640℃時(shí)固溶反應(yīng)和相變趨于完成，得到單一的δ-Bi2O3-Y2O3粉體。而在降溫過(guò)程中，δ-Bi2O3-Y2O3未發(fā)生任何相的變化，一直穩(wěn)定到室溫。 高溫Raman的研

4、究結(jié)果表明，納米β-Bi2O3和α-Bi2O3晶體的無(wú)序度隨溫度的升高而增加，導(dǎo)致Raman譜峰逐漸寬化甚至消失；在α-Bi2O3向δ-Bi2O3的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，晶體結(jié)構(gòu)的無(wú)序度進(jìn)一步增加；Y2O3的摻雜促進(jìn)了Bi2O3-Y2O3固溶體晶格中氧空位的產(chǎn)生和沿<111>排列趨勢(shì)增加，具有短程有序性，這種局部有序度的增加導(dǎo)致出現(xiàn)新的由氧空位引起的拉曼譜峰。 利用擬拋物線規(guī)則預(yù)報(bào)了(Bi2O3)0.75(Y2O3)0.25的標(biāo)準(zhǔn)Gibb

5、s生成自由能；利用預(yù)報(bào)的結(jié)果和已知的熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算并給出了(Bi2O3)x(Y2O3)(1-x)體系的溫度與平衡氧分壓的關(guān)系圖。研究結(jié)果表明(Bi2O3)x(Y2O3)(1-x)固溶體在高溫低氧分壓條件下不穩(wěn)定，易于被還原為金屬Bi；x值越小，該固溶體的穩(wěn)定性越好。 納米Bi2O3-Y2O3固體電解質(zhì)的電導(dǎo)率在≥300℃條件下大于10-6S.cm-1，并且隨著溫度的升高迅速增大，到600℃時(shí)可達(dá)到10-2S·cm-1；在60～4