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氧离子导体因其在固体氧化物燃料电池、氧传感器、氧泵等方面的广泛应用前景而倍受关注,现已成为固体电解质研究领域的前沿和热点之一。本文采用内耗和介电弛豫为主要实验手段,并结合XRD、SEM和电导测量等方法,研究了Mo位掺杂及复相La2Mo2O9氧离子导体的氧离子扩散的微观弛豫特性和导电机理。主要研究成果和创新如下:
⑴单纯的在Mo位掺杂Fe,并不能抑制La2Mo2O9在570℃左右的相变,但能显著提高样品的电导率。电导率随着掺杂量的增大而增大,电导率增量部分主要来自于Fe掺杂引起的离子电导率的增加。在La位同时进行部分K的替代(例如La1.95K0.05Mo1.9Fe0.1O9-δ)可以抑制相变并能显著提高低温部分的电导率。
⑵对La2Mo1.95T0.05O9-δ(T=Al、Fe、Mn、Nb、V)试样的氧离子扩散过程和相变过程的直流电导和介电弛豫研究表明:只有掺杂V能抑制相变,但以上这些在Mo位的掺杂都提高了样品的电导率。对不能抑制相变的掺杂,如在La位同时掺杂适量的K就能抑制相变且能得到好的导电特性。同样掺杂量的条件下,掺杂Fe和V具有较高的电导率。
⑶在双掺样品La1.95K0.05Mo2-xTxO9-δ(T=Fe,Mn)的内耗温度谱上可以看到有三个内耗峰,其中两个为弛豫峰,一个为相变峰。低温弛豫峰PL的激活能约为1.1~1.3 eV,源自于氧离子的短程扩散;高温弛豫峰PM的激活能约为1.8~2.1 eV,是一个与Mn/Fe离子的短程扩散有关的弛豫内耗峰;而相变峰PH是源自氧离子/空位分布的动态无序到静态无序转变。随着Mo位掺杂量增加,氧离子和Mo位掺杂离子的扩散越来越困难。
⑷以Ag为第二相,以La2Mo1.95W0.5O9为基体制备复相材料,当掺入27wt.%Ag时,电导率有一个大的提高,与未掺杂样品相比电导率提高了约9倍。