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拉曼光谱测定固体电解质材料中离子扩散系数的研究

批准号:
52073156
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
潘伟
依托单位:
学科分类:
材料设计与表征新方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
潘伟

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
固态氧化物电解质材料被广泛应用于燃料电池,氧传感器,氧泵等,对发展清洁能源和保护环境扮演重要角色。常见固态氧化物电解质材料导电机制是氧离子通过晶格中的氧空位沿电场方向定向移动。固态氧化物电解质中氧离子的输运能力是评价固态氧化物电解质材料性能的重要参数,氧扩散系数和迁移能力对于寻找筛选出新型的性能优异电解质材料至关重要。现有材料扩散系数的测试方法主要为同位素示踪剂法、阻抗谱法、核磁共振和穆斯波尔谱法等,对于设备和样品要求高,测试不方便等。本课题研究一种独创的利用拉曼光谱测定固体电解质材料中离子扩散系数的原理和方法。与传统的扩散系数方法相比本研究的原理是通过非接触式光学方法检测样品中伴随离子(空位)迁移由一种结构状态变为另一种状态的过程,该方法简便,快速,准确,非接触性检测。本课题对于发展我国具有独立自主知识产权的新的材料测试技术与仪器具有基础性和实用性重要意义,也为新能源材料发展做出贡献。
英文摘要
Solid oxide electrolyte materials are widely used in fuel cells, oxygen sensors, oxygen pumps, etc., which play an important role in developing clean energy and protecting the environment. The common conductive mechanism of solid oxide electrolyte materials is that the oxygen ions move in the direction of the electric field through the oxygen vacancy in the lattice. The transport capacity of oxygen ions in solid oxide electrolyte is an important parameter to evaluate the performance of solid oxide electrolyte materials. Currently, the main methods for testing the diffusion coefficient of materials are isotope tracer method, impedance spectroscopy, nuclear magnetic resonance (NMR) and Mossbauer spectroscopy (MS). This project presents an original method for the determination of ion diffusion coefficient in solid electrolyte materials by Raman spectroscopy. Compared with the traditional diffusion coefficient method, the principle of this study is to detect the process of accompanied ion (vacancy) migration from one structural state to another in samples by non-contact optical method. This method is simple, fast, accurate and non-contact. This topic is of fundamental and practical significance for the development of new material testing technologies and instruments with independent intellectual property rights in China, and also contributes to the development of new energy materials.
固态氧化物电解质中氧离子的输运能力是评价固态氧化物电解质材料性能的重要参数,氧扩散系数和迁移能力对于寻找筛选出新型的性能优异电解质材料至关重要。本课题研究一种独创的利用激光共聚焦显微拉曼测定固体电解质材料中离子扩散系数的原理和方法。与传统的扩散系数方法相比本研究首先在被测样品上加载一个外电场。在某一温度下(数百度)在外电场驱动下固体电解质材料中的载流子(离子)在材料中沿电场由一端向另一端迁移,与此同时,离子的不均匀分布导致的与电场力相反的熵驱动力逐渐增大并最终形成平衡。使得样品中一定空间中形成梯度分布。当外电场撤销后样品中的载流子在熵驱动力的作用下跳跃回原来的均匀分布状态的位置。这个过程可以利用激光共聚焦显微拉曼测定并记录下来。本项目推导了这一物理过程的数学公式,并利用Matlab模拟计算了实验数据,获得了三种不同的典型固体电解质材料中的氧,和钠的扩散系数。数据与文献报道的相比合理可靠。本项目研究的测试方法简便,快速,准确,非接触性检测。本课题对于发展我国具 有独立自主知识产权的新的材料测试技术与仪器具有基础性和实用性重要意义,也为新能源材料发展 做出贡献。
抗高温烧结与晶粒生长共晶热障涂层材料的制备与机理研究
  • 批准号:
    91960104
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    潘伟
  • 依托单位:
陶瓷材料的高温光子导热机理研究
  • 批准号:
    51472135
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    83.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    潘伟
  • 依托单位:
利用电纺丝法制备轻质、低导热陶瓷纤维材料
  • 批准号:
    51323001
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    300.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    潘伟
  • 依托单位:
陶瓷热障涂层材料的抗高温腐蚀机理与相变研究
  • 批准号:
    51272120
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    潘伟
  • 依托单位:
国内基金
海外基金