Получение и сенсорные свойства твёрдых электролитов на основе системы TiO2-Y2O3-ZrO2

• Автор: Иванов-Павлов, Денис Александрович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Введение

Глава 1. Обзор литературы.

1.1 Физико химические свойства 2Ю2, У3, А, ТЮ2.

1.2 Фазовые диаграммы кислород проводящих керамик.

.3 Проводимость 2Ю2, У3, АОз, ТЮ2 и стабилизированного

диоксида циркония.

1.3.1 Общие положения.

1.3.2 Проводимость флюоритоподобных оксидных тврдых растворов.

1.3.3 проводимость нестехиомстричных оксидов с недостатком кислорода на примере ТЮ2

1.3.4 Проводимость У3 и различных форм в зависимости от температуры и парциального давления кислорода.

1.3.5 Влияние размера частиц на электропроводность

1.4 Высокотемпературные керамические газовые сенсоры
1.5 Измерения в оксидных расплавах
1.6 Методы синтеза высокодисперсиых порошковпрекурсоров
1.6.1 Диспергирования
1.6.2 Конденсационные методы.
1.6.3 Метод химического осаждения из паровой фазы
1.6.4 Гйдротермальный метод
1.6.5 Криохимический метод.
1.6.6 Зольгель синтез.
Глава 2. Методики эксперимента.
2.1 Синтез образцов. Определение условий сушки образцов.
2.2 ДСК.
2.3 Определение удельной поверхности порошковпрекурсоров
2.4 Лазерная седиментография
2.5 Рентгенофазовый анализ
Глава 3. Эволюция гелей системы У3 гл ТЮ2 при е
последовательной термической обработке
Глава 4. Исследование тврдых электролитов на основе системы мол. Уз 2Ю2 ТЮ2 методом ЭДС в газах.
Глава 5. Исследование тврдых электролитов на основе систем мол.
У2Оз ХЮ2 ТЮ2 методом ЭДС в оксидных расплавах
Литература


Методами ДСК, РФА, ВЕТ и лазереной седиментографии получена взаимодополняющая информация о последовательности превращений гельпрекурсор керамика и сопровождающие эти привращения изменения размеров частиц, а также предложить характер основных процессов, ответственных за эти превращения. На примере системы наглядно продемонстрировано влияние размеров кристаллитов на фазовый состав материала. Показано, что в системе мол. ТЮ2 образуются тврдые флюоритоподобные тврдые растворы при х5, причм составы с х5 по механической прочности превосходят, а по электрохимическим свойствам не уступают широко используемому аналогу мол. В процессе исследования электрохимических свойств трхкомпонентных тврдых электролитов установлены признаки отсутствия равновесия анионов кислорода на границе расплав тврдый электролит, предложена эксчпериментально установленная функциональная зависимость ЭДС электрохимического элемента от рО оксидных расплавов. Практическая ценность. Флюоритоподобные тврдые растворы мол. О датчиков. Результаты выполненных исследований опубликованы в семи публикациях. Глава 1. Диоксид циркония Диоксид циркония образуется при прокаливании циркония гидрата, порошка металлического циркония или некоторых солей на воздухе. Температура плавления диоксида циркония составляет порядка С, кипения С. Энтальпии плавления и кипения составляют соответственно ,1 и 9 кДжмоль 6. В природе встречается в виде моноклинной модификации, бадделеита, которая имеет параметры рештки А а5,4, Ы5,6, с5,8, Р,8, а также плотность равную 5, гсм3. Моноклинная форма 2гО, в зависимости от размера частиц, стабильна вплоть до температур 0 С. В интервале температур от 0 до С обратимо переходит в тетрагональную форму 7, с параметрами рештки А а5,, Ь5, и плотностью, равной 6,1 гсм3. Температура данного фазового перехода сильно зависит от способа получения материала, размера кристаллитов и может иметь место даже при 0 С 8. Перестройка элементарной ячейки сопровождается изменением е объма на 7, что негативно сказывается на термической стойкости материалов из чистого 2Ю2 7. Тетрагональная форма устойчива вплоть до С, переходя в кубическую флюоритоподобную структуру с параметром рештки а5, А и плотностью, равной 6, гсм3. Кубическая форма устойчива вплоть до температуры плавления С. Температура фазового перехода из тетрагональной формы в кубическую также зависит от способа получения, наличия примесей. Так, согласно калориметрическим данным 8, данный переход наблюдается при С. Растворы, содержащие соединения циркония, подвергаются сильному гидролизу, связанному с высоким зарядом ядра и малым размером иона 0,8 А. Ю2хН до 2г00Н2хН, в которых координационное число ЪхА равно 8 9. Гидратная форма получается при взаимодействии солей 2г4 и цирконила 2Ю2г со щелочами или ЫНдОН. Характеризуется амфотерными свойствами с преобладанием основных свойств, причм кислотные и основные свойства выражены чрезвычайно слабо, при избытке осадителя легко образует коллоидные растворы . Благодаря тенденции к образованию полиядерных гидроксильных комплексов, образующиеся в результате осаждения, коллоидные частицы имеют размер порядка 00 нм и состоят из первичных частиц диаметром 35 нм , . Полученные агломераты легко подвергаются процессам коагуляции, в результате чего образуется рентгеноаморфный гель. Состав такого свежеогмытого гидроксида циркония отвечает эмпирической формуле 2ЮОН2Н2О и имеет плотность 1,1 гсм3 8. Наиболее устойчивой формой окисления иттрия является У3. Оксид иттрия может существовать в С и Н модификациях, которые обратимо переходят друг в друга при температурах С. Н форма при комнатной температуре нестабильна . Температура плавления составляет С, температура кипения С 6. Теплота плавления составляет кДжмоль. Смодификация оксида иттрия получается при прокаливании гидроксида, карбоната, оксалата иттрия в виде белого рыхлого порошка , который кристаллизуется в кубической сингонии, имеет объмноцентрированную рештку а,6 А и плотность, согласно разным источникам, от 5, до 5, гсм3. Гидроксид иттрия получается при взаимодействии солей иттрия со щелочами или раствором аммиака в воде.