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Zr1-xMgxO2-x（0.06≤x≤0.2）固体电解质的制备与电学性能研究

作　者: 高晓丽
导　师: 厉英
学　校: 东北大学
专　业: 冶金物理化学
关键词: Zr1-xMgxO2-x 固体电解质 交流阻抗谱 离子电导率 电导激活能
分类号: TQ150
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


锰是钢铁中重要的元素,对钢的性能起着重要作用,锰可增加钢的强度、提高硬度。冶炼高锰钢需严格控制锰含量,而在炼钢过程中,锰含量的变化复杂,现有的取样分析法复杂且信息滞后,需要研发可实时监控锰含量的锰传感器。锰传感器的核心材料为固体电解质材料,ZrO2具有强度高、比较致密的特点,通过掺杂可提高其电导率,成为制作锰传感器的探头材料。因此论文通过研究制备掺杂不同MgO的Zr02固体电解质,表征其性能,探索最佳掺杂量的固体电解质材料,以应用于锰传感器。本课题通过对材料的合成及性能表征,取得了如下成果：1、实验通过对Zr02粉体配制不同含量的MgO,在1600℃下恒温10h制备了Zr1-xMgxO2-x固体电解质,通过XRD分析,发现0.06≤x≤0.09时Zr1-xMgxO2-x固体电解质中含有单斜相、立方相和立方固溶体相,合成了预期的固体电解质。2、对合成的Zr1-xMgxO2-x固体电解质检测密度,发现相对密度均达到90%以上,且SEM分析表明,Zr1-xMgxO2-x固体电解质结构致密,MgO己成功掺入ZrO2中,并形成固溶体相,致密性良好,可以用于制作固体电解质探头。3、实验采用交流阻抗谱法对ZrO2固体电解质进行电学性能研究,得出Zr1-xMgxO2-x在不同温度下的电导率,研究结果表明,随着温度的增加电导率增大,随着掺杂量的增加,电导率的总体趋势增加,考虑到材料的结构、电导率等综合因素,经讨论分析,确定x=0.07为最佳掺杂量。4、经实验结果的分析讨论,得到两温度段及不同掺杂量的Zr1-xMgxO2-x的rrhenius方程及电导激活能。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-24
  1.1 固体电解质概述  10-11
  1.2 氧化锆固体电解质  11-17
    1.2.1 氧化锆固体电解质的结构特征  11-13
    1.2.2 氧化锆固体电解质导电机理  13-15
    1.2.3 氧化锆基固体电解质电池的工作原理  15-17
  1.3 固体电解质的制备方法  17-18
  1.4 氧化锆基材料的应用  18-21
    1.4.1 氧化锆基材料作为传感器的应用  19-20
    1.4.2 氧化锆材料在其他方面的应用  20-21
  1.5 课题意义和研究内容  21-24
第2章 Zr_(1-x)Mg_xO_(2-x)固体电解质的制备研究  24-32
  2.1 实验原料与设备  24-25
  2.2 MgO掺杂量的选择  25-27
  2.3 粉体预处理  27
  2.4 Zr_(1-x)Mg_xO_(2-x)的成型与烧结  27-32
    2.4.1 Zr_(1-x)Mg_xO_(2-x)混合粉料的成型  27-30
    2.4.2 Zr_(1-x)Mg_xO_(2-x)管、片的烧结  30-32
第3章 Zr_(1-x)Mg_xO_(2-x)的性能表征  32-42
  3.1 混合粉体的粒度分析  32-35
  3.2 Zr_(1-x)Mg_xO_(2-x)固体电解质的密度  35-37
  3.3 Zr_(1-x)Mg_xO_(2-x)的XRD分析  37-39
  3.4 Zr_(1-x)Mg_xO_(2-x)的SEM分析  39-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章 Zr_(1-x)Mg_xO_(2-x)电导率的测量与分析  42-58
  4.1 交流阻抗谱原理  42-46
    4.1.1 阻抗谱测定原理  42-45
    4.1.2 Zr_(1-x)Mg_xO_(2-x)固体电解质电导率计算原理  45-46
  4.2 阻抗谱的测量  46-48
  4.3 阻抗谱测试结果与分析  48-57
    4.3.1 Zr_(1-x)Mg_xO_(2-x)的交流阻抗分析  48-51
    4.3.2 Zr_(1-x)Mg_xO_(2-x)电导率的分析  51-54
    4.3.3 Zr_(1-x)Mg_xO_(2-x)电导激活能的计算  54-57
  4.4 本章小结  57-58
第5章 结论  58-60
参考文献  60-64
致谢  64-66
附录  66-70

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 电化学工业 > 一般性问题
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