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随着世界经济的持续发展，人们对能源的需求不断增长。但是，占据较大比重的石油日益短缺。因此，使用天然气或其它新能源成为解决能源危机的关键。透氧膜材料能够为甲烷部分氧化制合成气提供所需要的氧气，同时该材料还能够作为固体氧化物燃料电池的组件。因此，开发既具有高透氧性能，又具有高化学稳定性的透氧膜材料能够对改善能源问题具有很大的帮助作用。
本文首先对现有的透氧膜材料和结构进行了综述，分析了各种材料和结构的优缺点。然后系统研究了Ba0.5Sr0.5Co1-yFeyO3-δ(y=0.0-1.0)(BSCF)中铁离子的掺杂浓度对它的相结构、氧非化学计量比、总的电导率和透氧性能的影响。研究发现，含不同铁离子浓度的BSCF都具有立方相的钙钛矿结构，且随着铁离子掺杂浓度的增大，晶胞参数、常温氧非化学计量比和总传导率下降了。含不同铁离子浓度的BSCF都具有氧传导能力。铁离子掺杂浓度的上升导致了膜厚为1.1mm的BSCF在900℃下的透氧量从Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF5582)的Jo2=2.28μmol·cm-2·s-1降低到了BSF(y=1.0)的0.4.5μmol·cm-2·S-1。同时，速率控制步骤由表面交换变为体相传输，因此薄膜技术对于高铁离子含量的透氧膜的应用非常重要。
最后，我们开发了一种新型的层状结构的致密混合导体膜用来分离空气，这种膜结合了含钴材料透氧膜的高透氧性能、铁基钙钛矿材料的高化学稳定性和厚膜结构的高机械强度等优点。这种膜由两层或两层以上构成，每一层都是致密的混合导体氧化物。支撑层是一层具有高透氧性能、低化学稳定性的厚膜。实验研究了Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF5582)作为支撑层和Ba0.5Sr0.5Co0.2Fe0.8O3-δ(BSCF5528)作为薄膜层的可行性。BSCF5582和BSCF5528都具有相同的钙钛矿结构和相似的晶胞参数，而且它们之间的固相反应不会产生对透氧不利的相。通过控制优化膜体制备过程中的各项参数，成功制备了一个无裂纹的双层致密透氧膜。当BSCF5528面向贫氧端时，这个双层透氧膜在900℃的透氧量达到了2.1ml·cm-2·min-1[STP](1.56μmol·cm-2·s-1)，是BSCF5528的透氧量(0.6 ml·cm-2·min-1[STP](0.45μmol·cm-2·s-1)的3.5倍。