稀土兴奋剂含量和类型对高兴奋剂CeO₂的相变和运输特性的影响

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 固态化学 固态化学
• 电化学 电化学 电化学

背景情况:

• 稀土合的 (CeO2) 对于高温能量转换设备,如固体氧化物燃料电池和电解剂至关重要.
• 稀土剂特征 (大小,含量) 与CeO₂的结构/电气性质之间的相互作用是复杂的和有争议的.
• 现有研究对这些结构-财产关系提出了相互矛盾的结果.

研究的目的:

• 综合描述Ce_1-xLn_xO_2-δ (Ln = La, Nd, Sm, Gd, Yb; x ≤ 0.6) 的结构和电气性能,作为稀土剂含量和离子大小的函数.
• 为了阐明从化物到有序的上层结构的相变化,以增加剂度.
• 了解这些结构变化如何影响离子和质子导电性.

主要方法:

• 用X射线和中子粉碎衍射进行远程和局部秩序结构分析.
• 拉曼光谱和电子衍射用于补充结构洞察力.
• 热重力测量分析以评估水吸收和导电性贡献.

主要成果:

• 从无序的化石到C型有序的超结构的渐进阶段转换发生在稀土剂含量增加的情况下.
• 离子导电性随着多剂度的增加而降低.
• 在低兴奋剂 (x=0.2) 时,Gd³⁺和Sm³⁺兴奋剂由于较少的晶格扭曲,显示出更高的导电性.
• 在高兴剂量 (x=0.6) 时,较大的稀土离子增强导电性.
• 水吸收和质子导电性随着剂度的增加而增加,而电子导电性保持稳定.
• 这导致了离子运输数的减少.

结论:

• 这项研究提供了对稀土合材料的结构-财产-运输关系的关键见解.
• 缺陷引起的局部扭曲显著影响运输属性.
• 研究结果表明,有可能开发具有混合离子氧化物,质子和电子导电性的新型功能材料,用于先进的高温能源系统.