文档介绍：2005届优秀毕业论文[设计]集(第五册理学院)CollectionGraduationTheses(Projects)ofSZU2005(VOLUMEVSchoolofScience)铋系氧离子导电陶瓷的结构和性能研究(理学院材料科学与工程系材料科学与工程专业黄尹虹)(学号:2001143051)摘要:制备了Bi2O3-V2O5、Bi2O3-PbO和Bi2O3-Y2O3三个系列的铋基氧离子导电陶瓷。通过掺杂Cu,将高温γ-Bi4V2O11稳定到室温,并通过选取合适的成分比例和烧结温度获得室温相2β2-Bi8Pb5O17和φ-Bi8Pb5O17。Bi8Pb5O17在600℃下具有最高的电流密度,,而Bi2YO6的电流密度最小。XRD表明,γ-Bi4V2O11在使用过程中会发生相变。Bi8Pb5O17的的高温相无法稳定至室温,但相变可逆,在同一温度下使用重复性好。关键词:氧离子导体;铋基氧化物导体;Bi4V2O11;Bi8Pb5O17;Bi2YO6教师点评:由于中温固体氧化物燃料电池的兴起,铋系固体电解质陶瓷的研究备受关注。黄尹虹同学选择铋系氧离子导电陶瓷,系统地研究了Bi2O3-V2O5、Bi2O3-PbO和Bi2O3-Y2O3三个系列样品的离子导电率和相结构与成份及烧结(或工作)温度的关系,得出了一些重要结论。其中的Bi2O3-V2O5系列样品在该论文工作期间还被做成电化学氧泵,参加了2005年大学生挑战杯创新比赛,获得了广东省二等奖,说明该论文工作有一定的创新性和实用性。论文系统完整、工作量大、数据分析和得出的结论准确合理。(点评教师:朱光明,副教授),又具有部分共价键特性,这决定了金属铋具有一系列独特的物化性能。铋是一种绿色环保材料,其应用领域很广。在工业上,氧化铋主要用作电子陶瓷、固体电解质、光电转换材料、高温超导材料、催化剂等[1]。电子陶瓷是氧化铋的一个成熟而又充满活力的应用领域。在电子陶瓷粉体材料中,氧化铋是重要的添加剂,主要应用于氧化锌压敏电阻、陶瓷电容、铁氧磁性体等三类材料中。氧化铋在铋系超导材料中的含量接近30%,随着Bi2Sr2Ca2Cu2O系高温超导材料制备技术取得重大突破,高温超导线材必将形成产业化生产,氧化铋的应用量将大大增加。氧化铋在催化剂方面的应用主要有三类:一类是钼铋催化剂,如溶胶凝胶法制得的铋钼钛混合氧化物,比表面积为32~67m2/g,是用于氧化反应的一种高效催化剂;第二类是钇铋催化剂,如氧化钇掺杂的氧化铋就是一种很有吸引力的催化剂,可用于甲烷制乙烷或乙烯的氧化耦合反应中。氧化铋中掺25%氧化钇其催化活性比目前用于甲烷氧化耦合反应最好的催化剂(如LiPMgO)的高15倍,而且可循环使用18次之多;第三类是燃烧催化剂,氧化铋正在逐步取代氧化铅,成为固体推进剂中重要的催化剂。氧化铋基玻璃具备非常优秀的光学性能,如高的折射率、好的红外传输和非线性光学特性,因而在光电转换装置、光纤传输等应用方面具有诱人的应用前景。δ-Bi2O3是一种具有特殊晶体学特征的材料。它具有萤石立方结构,但晶格中有1/4的氧离子位置是空缺的,因而具有非常高的氧离子导电能力。在熔点附近,,居目前所有纯氧离子导体之首,可用于固体氧化物燃料电池和氧传感器中。氧化铋固体电解质比现在常用的锆系电解质,如YSZ(Zr1-xYxO2-x/2),在相同温度下的电导率要高1~2个数量级。如能在固体燃料电池中用1黄尹虹:铋系氧离子导电陶瓷的结构和性能研究δ-Bi2O3取代YSZ,将大大提高燃料电池的发电效率和使用寿命,降低电池的工作温度,对推动固体氧化物燃料电池的产业化有重要的意义。此外,氧化铋作为一种先进粉体材料,除了在电子陶瓷粉体材料、电解质材料、光电材料、高温超导材料、催化剂等方面应用以外,在其他方面,如在核废物吸收材料、显像管荫罩涂层、无毒烟花等方面都有良好的应用前景[1]。。一般情况下,电解质是液体,通常是溶液或熔盐,然而十九世纪末人们发现某些离子晶体也能离子导电,这就是固体电解质。固体电解质也称快离子导体或超离子导体,是一种通常在较高温下具有离子(氧离子O2-或质子H+)导电性的材料。它是固体,但某些特征又介于固体和液体之间,其中的某类离子具有类似于液体的快速迁移的特性,是一类新的功能材料,引起了科技界的浓厚兴趣。人们对固体电解展开广泛研究的主要动因起初是能源问题。固体电解质最早的应用是用ZrO2制成的能斯特(Nernst)发光体,当电流通过该发光体时,它的电阻减小,且发光。后来多半采用掺杂的材料,如氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化钇(Y2O3),或者某些稀土氧化物掺杂的氧化锆(