YSZ多层氧离子导体薄膜结构与电学性能的影响.pdfVIP

助 材 料 2010年第7期(41)卷 调制比对 GDC／YSZ多层氧离子导体 薄膜结构与电学性能的影响 孟 昕，孟宪芹，姜雪宁，庞胜利，李向楠，张庆瑜 (大连理工大学 三束材料改性实验室，辽宁 大连 l16024) 摘 要： 采用反应射频磁控溅射技术在 (0001)蓝宝 多层膜的研究结果表 明，通过改变多层膜的调制结构 石基片上制备 了不同调 制结构的 (GDc／YSZ)。多层 能够优化材料 的离子导 电特性 [7]；Lin等人提出的多 氧离子导体电解质薄膜 。利用电子探针微 区分析技术 层膜模型及其实验事实_8也证 明，通过制备多层复合 测得薄膜的摩尔质量比为 m(Zr)：m(Y)一5．73：1、 薄膜 ，可使缺陷终止于多层膜界面处 ，有助于提高薄膜 m(Ce)： (Gd)一4．12：1；X射线衍射 (XRD)与小角 生长质量。基于以上分析 ，本文提 出通过制备 GDC／ X射线反射 (XRR)结果表明，GDC／YSZ调制 比为 5： YSZ纳米多层复合电解质薄膜对 中温 SOFC电解质 1、2：1和 1：2的样品(A1～A3)具有好 的超 晶格结 材料的性能优化进行探索研究 ，采用反应射频磁控溅 构 ，而A4样品未形成超晶格 结构；原子力显微镜 形貌 射方法 ，在 (0001)蓝宝石单晶基片上制备 了不同调制 分析结果表明多层膜呈密集岛状生长形貌，与 GDc、 结构的GDC／YSZ多层薄膜 ，并对其电学特性 、生长习 YSZ单层膜比较 ，多层膜生长岛尺寸减小，密度增大， 性与多层膜结构之 间的关系进行了探讨。 表面粗糙度明显减小；电学性 能测试与理论分析结果 表明，界面缺陷使 多层膜 电导率提 高，而 GDC成分增 2 实 验 多，则超晶格多层膜 电导率增大。 2．1 薄膜制备 关键词： GDC／YSZ多层薄膜 ；结构 ；表面形貌 ；电学 性质 利用 Gd／Ce和 Y／Zr金属镶嵌复合靶 ，采用反应 中图分类号： O484 文献标识码：A 磁控溅射方法在 (0001)蓝宝石单晶基片上制备 了总厚 文章编号 ：1001—9731(2010)O7—112O—O4 度相 同(约80nm)、调制周期相同(约 7nm)而调制 比不 同的(GDC／YSZ)：多层薄膜 ，GDC／YSZ预定调制 比 1 引 言 分别为 5：1(A1)、2：1(A2)、1：2(A3)、1：5(A4)。 固体氧化物燃料 电池 (sOFC)是能量转换效率最 将基片分别浸泡在丙酮 、乙醇和去离子水 中进行超声 高 (50 ～7O )的第三代燃料电池系统，将 SOFC工 清洗 ，然后用去离子水冲洗干净 ，用高纯 N。吹干。薄 作温度 由1000℃高温降低至 500～800℃中温范围能 膜制备本底真空 6．0×10一Pa，高纯 Ar和 0。气体表 够减少组元材料高温反应 、降低制备成本以及延长电 观质量流量分别是 4O和 lOmI／min，沉积温度 600℃， 池使用寿命 ，因此中温 SOFC成为 目前燃料 电池领域 GDC、YSZ靶的射频输入功率分别为 70、lOOW，工作 的重要发展方 向。氧离子导体 电解质材料作为 SOFC 气压 0．