[发明专利]一种A、B位共掺杂锆酸钙导体材料及其制备方法

说明书

本发明涉及导体材料领域，提供了一种A、B位共掺杂锆酸钙导体材料及其制备方法。本发明提供的A、B位共掺杂锆酸钙导体材料的化学式为：Y_mCa_nZr_1‑xFe_xO_3‑δ，其中m＝0.01～0.1，n＝0.9～0.99，x＝0.010～0.60，δ代表氧空位，所述δ为0.01～0.6。本发明通过向锆酸钙中掺杂钇和铁，通过低价掺杂提高缺陷浓度以及电子‑离子混合传导，进而改善Y掺杂CaZrO₃的电子电导和离子电导，有效提高了A、B位共掺杂锆酸钙导体材料的总电导率和离子电导率。实施例结果表明：本发明制备得到的A、B位共掺杂锆酸钙导体材料导电性能较好，在950℃的总电导率为0.01022～0.04149S/cm，在950℃的离子电导率为0.00521～0.02063S/cm。

技术领域

本发明涉及导体材料领域，尤其涉及一种A、B位共掺杂锆酸钙导体材料及其制备方法。

背景技术

氧化物混合导体材料具有较高的电子电导、离子电导及选择透氧能力，在多相催化、固体氧化物燃料电池、传感器、氧离子透过膜等方面均有重要应用，近年来发展迅速。其中ABO₃型混合导体膜材料表现出更高的氧渗透性能，在氧分离等领域具有较大的应用潜力。而ABO₃型混合导体膜材料中CaZrO₃是研究较多的一类物质。锆酸钙具有ABO₃型钙钛矿结构，具有良好的热稳定性和结构稳定性，但是未掺杂的锆酸钙电导率较低，不具有现实应用价值。

为了解决锆酸钙电导率较低的问题，人们通过对锆酸钙进行钇掺杂，以提高锆酸钙的离子电导率。但是钇掺杂后的锆酸钙仍然具有总电导率低的问题，无法满足实际应用。

发明内容

本发明提供了一种A、B位共掺杂锆酸钙导体材料及其制备方法，本发明提供的A、B位共掺杂锆酸钙导体材料具有高的总电导率和离子电导率。

本发明提供了一种A、B位共掺杂锆酸钙导体材料，所述A、B位共掺杂锆酸钙导体材料的化学式为：Y_mCa_nZr_1-xFe_xO_3-δ，其中m＝0.01～0.1，n＝0.9～0.99，x＝0.01～0.6，δ代表氧空位，所述δ为0.01～0.6。

优选的，所述x为0.5～0.6。

本发明提供了上述技术方案所述A、B位共掺杂锆酸钙导体材料的制备方法，包括固相反应法、溶胶-凝胶法或水热法；

所述固相反应法包括以下步骤：

(1)将钇源、钙源、铁源和锆源混合，得到混合物；

(2)将所述混合物进行烧结处理，然后研磨，得到粉体；

(3)向所述粉体中加入可燃性成型剂，然后依次进行压制和煅烧处理，得到A、B位共掺杂锆酸钙导体材料；

所述溶胶-凝胶法包括以下步骤：

(1’)将氧氯化锆、钇源、铁源和钙源加入溶剂中，得到混合液；

(2’)向所述混合液中加入柠檬酸水溶液后搅拌，得到胶状物；

(3’)将所述胶状物依次进行烘干、研磨、预烧、压制和烧结处理，得到A、B位共掺杂锆酸钙导体材料；

所述水热法包括以下步骤：

(1”)将钇源、钙源、铁源、锆源和强碱水溶液混合，得到混合物料；

(2”)将所述混合物料进行水热反应后，固液分离，收集固体；

(3”)向所述固体中加入粘结剂，然后依次进行压制和煅烧处理，得到A、B位共掺杂锆酸钙导体材料。