Введение
Глава 1. Обзор литературы 15
1.1. Классификация твердых электролитов 15
1.1.1. Упорядоченность структуры 15
1.1.2. Тип дефектной структуры 17
1.1.3. Характер электропроводности 18
1.1.4. Тип носителя заряда 19
1.1.5. Диапазон рабочих температур 20
1.1.6. Геометрия 21
1.2. Анионные проводники. Кислород-ионные проводники со структурой флюорита 22
1.2.1. Твердые электролиты на основе ZrO2 22
1.2.2. Твердые электролиты на основе CeO2 26
1.3. Протонные проводники. Материалы со структурой перовскита 27
1.4. Твердые электролиты на основе цератов и цирконатов бария 28
1.5. Факторы, влияющие на электропроводность тврдых электролитов 31
1.5.1. Кристаллическая структура и химический состав 31
1.5.2. Геометрические параметры электролита 32
1.5.3. Микроструктура электролита 33
1.5.4. Плотность электролита 35
1.5.5. Размерный эффект 36
1.6. Методы получения оксидных порошков при создании твердых электролитов 37
1.6.1. Твердофазный синтез 38
1.6.2. Лазерная абляция 38
1.6.3. Гидротермальный метод 39
1.6.4. Золь-гель технология 40
1.6.5. Методы сжигания 42
1.6.6. Совместное осаждение гидроксидов металлов 43
1.6.7. Совместная кристаллизация солей 45
1.7. Методы получения тонкоплночных электролитов 47
1.7.1. Химическое осаждение из паровой фазы 47
1.7.2. Спрей-пиролиз 50
1.7.3. Электрофоретическое осаждение 52
1.7.4. Методы погружения и вращения подложки 53
1.8. Методы консолидации твердых электролитов 56
1.8.1. Холодное прессование с последующим спеканием 56
1.8.2. Горячее прессование 58
1.8.3. Магнитно-импульсное прессование 59
1.8.4. Шликерное лить 61
1.8.5. Искровое плазменное спекание 62
Заключение по главе 1 64
Глава 2. Методы синтеза и исследования 66
2.1. Получение нанопорошков 66
2.1.1. Совместное осаждение гидроксидов металлов с элементами криотехнологии 66
2.1.2. Совместная кристаллизация солей 67
2.1.3. Цитрат-нитратный синтез 67
2.2. Консолидация полученных нанопорошков 68
2.2.1. Холодное прессование с последующим спеканием 68
2.2.2. Искровое плазменное спекание 69
2.3. Получение тонких пленок 69
2.4. Методы исследования 69
2.4.1. Метод низкотемпературной адсорбции азота 69
2.4.2. Синхронный термический анализ 70
2.4.3. Инфракрасная спектроскопия 70
2.4.4. Ротационная вискозиметрия 70
2.4.5. Метод малоуглового рассеяния нейтронов 71
2.4.6. Рентгенофазовый анализ 71
2.4.7. Микроскопические методы анализа 71
2.4.8. Метод измерения адгезии 72
2.4.9. Метод определения открытой пористости 72
2.4.10. Методы исследования электрофизических свойств твердых электролитов 72
2.4.11. Исследование газочувствительных свойств тонких пленок 75
Глава 3. Результаты и их обсуждение 76
3.1. Синтез и исследование физико-химических свойств нанокристаллического высокотемпературного кислород-проводящего электролита в системе ZrO2–Y2O3–Gd2O3–MgO 76
3.1.1. Синтез нанодисперсного оксида состава (ZrO2)0,92(Y2O3)0,03(Gd2O3)0,03(MgO)0,02 методом совместного осаждения гидроксидов металлов 76
3.1.2. Консолидация нанопорошка состава (ZrO2)0,92(Y2O3)0,03(Gd2O3)0,03(MgO)0,02 методом холодного прессования с последующим спеканием 80
3.1.3. Электрофизические свойства твердого электролита состава (ZrO2)0,92(Y2O3)0,03(Gd2O3)0,03(MgO)0,02 81
3.2. Синтез и исследование физико-химических свойств нанокристаллических среднетемпературных кислород-проводящих электролитов в системе CeO2–Y2O3 82
3.2.1. Синтез нанодисперсных оксидов состава (СeO2)1-x(Y2O3)x (x = 0,10; 0,15 и 0,20) методами совместного осаждения гидроксидов металлов и совместной кристаллизации солей 82
3.2.2. Консолидация нанопорошков состава (СeO2)1-x(Y2O3)x (x = 0,10; 0,15 и 0,20) методами холодного прессования с последующим спеканием и искрового плазменного спекания 94
3.2.3. Электрофизические свойства твердых электролитов состава (СeO2)1-x(Y2O3)x (x = 0,10; 0,15 и 0,20), полученных методами холодного прессования с последующим спеканием и искрового плазменного спекания 100
3.3. Золь-гель синтез и исследование физико-химических свойств тонких пленок состава (СeO2)1-x(Y2O3)x (x = 0,10; 0,15; 0,20) 106
3.4. Электрофизические и хемосенсорные свойства тонкопленочных электролитов состава (СeO2)1-x(Y2O3)x (x = 0,10; 0,15; 0,20) 113
3.5. Синтез и исследование физико-химических свойств нанокристаллических среднетемпературных кислород-проводящих электролитов в системе CeO2–Gd2O3 117
3.5.1. Синтез нанодисперсных оксидов состава (СeO2)1-x(Gd2O3)x (x = 0,03; 0,05; 0,07; 0,10) методом совместного осаждения гидроксидов металлов 117
3.5.2. Консолидация нанопорошков состава (СeO2)1-x(Gd2O3)x (x = 0,03; 0,05; 0,07; 0,10) методом холодного прессования с последующим спеканием 121
3.5.3. Электрофизические свойства твердых электролитов состава (CeO2)1-x(Gd2O3)x (x=0,03; 0,05; 0,07 и 0,10), полученных методом холодного прессования с последующим спеканием 123
3.6. Синтез и исследование физико-химических свойств нанокристаллических высокотемпературных протонных проводников на основе цератов и цирконатов бария 124
3.6.1. Цитрат-нитратный синтез нанодисперсных оксидов состава BaCe0,9-xZrxY0,1O3- (x= 0; 0,5; 0,6; 0,7 и 0,8) 124
3.6.2. Консолидация нанопорошков состава BaCe0,9-xZrxY0,1O3- (x= 0; 0,5; 0,6; 0,7 и 0,8) методом искрового плазменного спекания 128
3.6.3. Электрофизические свойства твердых электролитов состава BaCe0,9-xZrxY0,1O3- (x= 0; 0,5; 0,6; 0,7 и 0,8), полученных методом искрового плазменного спекания 129
Выводы 134
Перечень сокращений 137
Список использованной литературы 138
Приложение 1. Награды и РИД, полученные в ходе выполнения исследования 155
