Твердые электролиты в системах CaY2S4-Yb2S3 и CaYb2S4-Y2S3

• Автор: Кошелева, Екатерина Валентиновна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Литературный обзор

1.1 Общие представления о твердых электролитах

1.2 Анионпроводящие твердые электролиты

1.3 Закономерности изменения свойств в ряду редкоземельных

элементов

1.4 Физико-химические свойства сульфидов

1.4.1 Физико-химические свойства сульфидов иттрия

1.4.2 Физико-химические свойства сульфидов иттербия

1.4. 3 Физико-химические свойства сульфида кальция
1.5 Структурные особенности тиолантанатов кальция
1.6 Выбор сульфидпроводящего твердого электролита в
качестве объекта исследования
1.7 Фазовая диаграмма и электролитические свойства фаз на
основе СаУ284
1.8 Керамические твердые электролиты
1.9 Методы синтеза керамических сульфидных фаз
1.10 Известные области использования материалов на основе
МеЬп284
1.10.1 Оптические материалы на основе соединений МеЬп284
1.10.2 Использование сульфидпроводящих твердых
электролитов в составе электрохимических ячеек для тонкой коррекции состава сульфидных и оксидных фаз
1.10.3 Использование бинарных и тройных сульфидов в
качестве минеральных (неорганических) пигментов
1.10.4 Использование твердых электролитов в составе
электрохимических датчиков-газоанализаторов
1.11 Заключение по главе (постановка задач)
2 Методика эксперимента
2.1 Синтез и отжиг исследуемых систем
2.2 Методы исследования структуры и морфологии образцов
2.3 Конструкция измерительной ячейки для проведения
исследований
2.4 Исследование электропроводности двухэлектродным методом на фиксированной частоте и методом импедансной спектроскопии
2.5 Измерение электронных чисел переноса
2.6 Измерение средних ионных чисел переноса
2.7 Разделение ионной проводимости на катионную и анионную
методом Чеботина-Обросова
2.8 Определение пикнометрической плотности образцов
2.9 Определение открытой пористости и кажущейся плотности
образцов

2.10 Получение рабочих электродов
2.11 Конструкция измерительной ячейки для проведения газового 54 анализа серосодержащих газов
Физико-химические и электрохимические исследования твердых электролитов в системах СаУ284-УЬ28з и СаУЪ284-У283
3.1 Синтез образцов твердых электролитов и их идентификация
3.2 Изучение термической стойкости твердых электролитов
СаУ284- УЬзЭз
3.3 Изучение температурной зависимости проводимости твердых
электролитов
3.4 Определение электронных чисел переноса
3.5 Определение средних ионных чисел переноса
3.6 Определение природы ионной проводимости исследуемых

3.7 Изучение термодинамики растворения бинарных сульфидов в
тройных сульфидах
3.8 Исследование механизма дефектообразования в твердых
растворах СаУЪ284- х мол.% У283 и СаУ284- х мол.% УЪ283
3.9 Сравнительная характеристика электролитических свойств сульфидных фаз СаУ284- х мол.% УЬ283 и СаУЬДг х мол.%

3.10 Обоснование механизма ионного переноса
3.11 Сравнительная характеристика электролитических свойств
сульфидных фаз СаУ28.г х мол.% УЬ283 и СаУ284- х мол.%

Изучение возможности использования сульфидпроводящей мембраны СаУ284-х мол.% УЬ283 в составе сенсора на
серосодержащие газы
4.1 Конструирование электрохимической составляющей сенсора,
чувствительного к серосодержащим газам
4.2 Проведение газового анализа
4.3 Влияние состояния поверхности трехфазной границы
измерительного электрода на чувствительность датчика
4.4 Определение нижнего предела чувствительности к серосодержащим газам электрохимической составляющей сенсора
4.5 Влияние аммиака на чувствительность сенсора
Заключение
Список цитируемой литературы
Приложение 1. Расчет навесок оксида иттербия, оксида иттрия и оксида кальция для получения стехиометрических соединений СаУЬ284 и СаУ284, а также соединений СаУЬ284 - х мол.% У283 и СаУД) - х мол.% УЪ?83
Приложение 2. Расчет электронных чисел переноса в системах СаУ

- УЬгБз и СаУЬ284 - У283
Приложение 3. Материальный баланс ячейки
Приложение 4. Расчет рентгеновской плотности, относительной погрешности и доверительного интервала при измерении плотности ТЭ системы СаУ284-х мол.%УЫ83

Электрод | твердый электролит (ионный проводник) | электрод (1.15)
Определяемый компонент реагирует с чувствительным слоем непосредственно на границе электрод/электролит или в объеме слоя около электрода.
В зависимости от принципа работы выделяют четыре типа электрохимических сенсоров:
- Кулонометрические. Измерение осуществляется при постоянном потенциале рабочего электрода и основывается на регистрации электрического заряда, прошедшего через рабочий электрод за время измерительного цикла [126-129];
- Амперометрнческие. Принцип работы сенсора данного типа заключается в измерении силы тока как функции приложенного потенциала [129-132];
- Потенциометрические. Принцип действия потенциометрических элементов основан на измерении разности потенциалов между измерительным электродом и электродом сравнения, в котором активность электрохимических компонентов имеет известное фиксированное значение. Твердоэлектролитные сенсоры потенциометрического типа являются одними из наиболее распространенных видов сенсоров.
Ионный поток в твердых электролитах приводит к образованию двойного слоя зарядов, который приводит к возникновению ЭДС. Именно ЭДС используется для определения концентраций на твердофазных границах раздела. В связи с тем, что скорость измерения ЭДС сенсоров с твердыми электролитами зависит от скорости диффузии проводящего иона в электролите, для достижения высокого быстродействия они должны эксплуатироваться при относительно высоких температурах. Несмотря на данный факт, потенциометрические сенсоры обладают следующими принципиальными достоинствами [133]:
1) Потенциометрические сенсоры не требуют внешних источников питания, т.к. преобразуют энергию химической реакции в электрический сигнал (разность потенциалов);