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当今,能源的开发和应用日益重要。固态氧化物燃料电池因为其性能优异、能量转换效率高、绿色环保等优点颇受关注,而其中关键材料之一的氧离子导体更是材料科学研究的热点之一。近几年发展起来的钼酸镧基新型氧离子导体,表现出很高的氧离子电导率(800℃时为0.06 S/cm),具有很好的应用前景。在本博士论文工作中,我们使用改进的Pechini溶胶凝胶方法,成功制备了致密的、离子电导率高的钼酸镧基氧离子导体纳米薄膜。通过反复灌注,在多孔氧化铝模板的孔道中获得了致密的钼酸镧纳米管。本文的主要研究成果和创新点如下:
1.采用乙二醇为溶剂,柠檬酸为配位剂,以钼酸铵、硝酸镧等无机盐为原料,在70℃~90℃制备出浓度粘度合适的溶胶,通过反复旋涂和快速热处理,成功地在单晶硅(100)衬底上制备了致密的钼酸镧及其掺杂纳米薄膜,粒径为30 nm~250 nm。
2.通过改进的Pechini溶胶凝胶方法,在多晶氧化铝衬底上制备厚度为1μm左右、粒径为90 nm~400 nm的钼酸镧薄膜,电导率比块材高将近一个数量级,而且晶粒尺寸越小电导率越大,其中90 nm薄膜在600℃的电导率高达0.074S/cm。在镧位或钼位进行掺杂,可以提高薄膜的电导率,如在Mo位掺5%Fe的薄膜的电导率比纯钼酸镧薄膜高一个数量级。
3.使用乙二醇做为溶剂,以高分子(PVP,PVA,PEG)取代柠檬酸做为配位剂和增稠剂,制备出浓度粘度合适、稳定的溶胶,通过三段烧结法在多晶氧化铝衬底上成功地制备了90 nm的致密钼酸镧纳米薄膜,单层厚度达0.66μm膜,其中粒径为90nm的薄膜电导率在560℃达0.01 S/cm。
4.采用乙二醇做溶剂,柠檬酸做稳定剂,制备出0.7 M的高浓度低粘度的钼酸镧溶胶,使用真空灌注法将溶胶灌入多孔氧化铝模板的孔道中并在600℃烧结,通过反复灌注形成了致密的钼酸镧纳米管。