本發(fā)明涉及一種稀土、鎳和銅共摻雜二氧化鈰/二氧化鈰膜及其制備方法，屬于薄膜技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
摻雜二氧化鈰由于具有高的儲(chǔ)氧能力和氧離子導(dǎo)電性能，可用于固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)。固體氧化物燃料電池的陽(yáng)極的制備，通常將催化劑、電解質(zhì)粉、造孔劑等混合均勻，將混合粉體沉積在電解質(zhì)的表面后，通常在1000℃以上燒結(jié)。如此高的溫度引入問(wèn)題有：電極表面積減小，電極材料顆粒的長(zhǎng)大，從而減小三相界面積；某些電極與電解質(zhì)在高溫下易發(fā)生相反應(yīng)；一些陽(yáng)極材料與電解質(zhì)的熱膨脹系數(shù)差異大，直接將電極負(fù)載在電解質(zhì)上，在長(zhǎng)時(shí)間操作中容易造成電極與電解質(zhì)的界面剝離，從而造成電池性能的衰減。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種稀土、鎳和銅共摻雜二氧化鈰/二氧化鈰膜及其制備方法。本發(fā)明把鎳和銅既作為提高二氧化鈰膜氧離子導(dǎo)電性能的摻雜劑，同時(shí)也作為碳?xì)淙剂现茪錃獾拇呋瘎?，采用?yáng)極氧化法和熱處理法制備一表面為多納米直孔下面為致密的稀土、鎳和銅共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜。
本發(fā)明技術(shù)方案具體介紹如下。
本發(fā)明提供一種稀土、鎳和銅共摻雜二氧化鈰/二氧化鈰膜，其一表面為多納米直孔下面為致密的稀土、鎳和銅共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜，多納米直孔的孔長(zhǎng)為18～112μm，稀土、鎳和銅摻雜二氧化鈰膜中的稀土、鎳和銅的含量按質(zhì)量百分比分別為4.8～27.1％、1.5～20.2％和1.1～19.5％。
本發(fā)明還提供一種上述稀土、鎳和銅共摻雜二氧化鈰/二氧化鈰膜的制備方法，具體步驟如下：
(1)將可溶性鹽、鎳鹽、銅鹽、稀土鹽、水和乙二醇配成電解液；
(2)以鈰片為陽(yáng)極，鈰片一面粘貼透明膠帶，以鉑片或者鉛片為陰極，將陽(yáng)極和陰極置于電解液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，陽(yáng)極氧化結(jié)束后，取出、去掉陽(yáng)極上的透明膠帶，用去離子水沖洗凈，風(fēng)干得到陽(yáng)極氧化件；
(3)將陽(yáng)極氧化件置于馬弗爐內(nèi)，在300～800℃的溫度下焙燒，得到一表面為多納米直孔下面為致密的稀土、鎳和銅共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜。
本發(fā)明中，步驟(1)中，可溶性鹽選自草酸鹽、磷酸鹽、氟化物或碳酸鹽中的一種或兩種以上；鎳鹽選自氯化鎳、硝酸鎳或硫酸鎳中的一種或兩種以上；銅鹽選自硝酸銅、氯化銅或硫酸銅中的一種或兩種以上；稀土鹽選自稀土硝酸鹽、稀土硫酸鹽或稀土氯化物中的一種或兩種以上，稀土選自鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧或釔中的一種或兩種以上。
本發(fā)明中，步驟(1)中，電解液中，以1l電解液計(jì)，可溶性鹽3～50g，鎳鹽0.3～29.9g，銅鹽0.3～29.9g，稀土鹽0.4～29.9g,水20～400g,其余為乙二醇。
本發(fā)明中，步驟(2)中，用作陽(yáng)極的鈰片需預(yù)處理；預(yù)處理步驟如下：用無(wú)水乙醇潤(rùn)濕的碳化硅水砂紙對(duì)鈰片進(jìn)行打磨并用無(wú)水乙醇清洗干凈；用二氧化鈰拋光劑噴在絨布上，將鈰片在有二氧化鈰拋光劑的絨布上拋光直至為鏡面。
本發(fā)明中，步驟(2)中，陽(yáng)極氧化的工藝條件為：電流密度5～200ma/dm2、氧化溫度0～25℃、攪拌轉(zhuǎn)速100～600rpm，氧化時(shí)間2～15h.
本發(fā)明中，步驟(3)中，焙燒溫度為400～600℃；焙燒時(shí)，升溫速率為2～4℃/min。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明用簡(jiǎn)單的制備方法制備出了一表面為多納米直孔下面為致密的稀土、鎳和銅共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜。采用fishermpo測(cè)厚儀測(cè)定表面多納米直孔的孔長(zhǎng)為18～112μm。采用采用brukeraxsmicroanalysisgmbh能譜儀測(cè)定稀土、鎳和銅摻雜二氧化鈰膜中稀土、鎳和銅的含量按質(zhì)量百分比計(jì)算分別為4.8～27.1％、1.5～20.2％和1.1～19.5％。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體闡述。
實(shí)施例1
在1l的燒杯中加入20g水、3g草酸銨、0.6624g氯化鎳、0.7535g硝酸銅、0.9282g硝酸鐠，加880ml乙二醇溶解形成水-草酸銨-氯化鎳-硝酸銅-硝酸鐠-乙二醇混合溶液，移入1l容量瓶中，用乙二醇稀釋至刻度，制得電解液。用無(wú)水乙醇潤(rùn)濕的碳化硅水砂紙對(duì)100mm×100mm×0.2mm待陽(yáng)極氧化的鈰箔進(jìn)行打磨并用無(wú)水乙醇清洗干凈，用1μm的二氧化鈰噴霧拋光劑噴在絨布上，將鈰片在有二氧化鈰噴霧拋光劑的絨布上拋光直至為鏡面。將拋光后的鈰箔的一面粘貼透明膠帶，放入無(wú)水乙醇液中超聲清洗。將上述電解液轉(zhuǎn)入2l的燒杯中，將上述100mm×100mm×0.2mm的待陽(yáng)極氧化鈰箔放入電解液中并為陽(yáng)極，陰極為150mm×150mm×0.5mm的鉑板，磁力攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為100rpm，電流密度為5ma/dm2，氧化溫度0℃，氧化時(shí)間2h，取出陽(yáng)極氧化件，去掉陽(yáng)極氧化件上的透明膠帶，用去離子水沖洗凈，風(fēng)干，采用fisher公司生產(chǎn)的mpo測(cè)厚儀測(cè)定表面多納米直孔的孔長(zhǎng)為18μm。將該陽(yáng)極氧化件放入坩堝中，放入馬弗爐內(nèi)，以3℃/min程序升溫至300℃，在300℃焙燒2h。冷至室溫，取出得到一表面為多納米直孔下面為致密的鐠、鎳和銅共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜。采用brukeraxsmicroanalysisgmbh能譜儀測(cè)定鐠、鎳和銅摻雜二氧化鈰膜中鐠、鎳和銅的含量按質(zhì)量百分比計(jì)算分別為4.8％、1.5％和1.1％。
實(shí)施例2
在1l的燒杯中加入400g水、25g磷酸銨、25g氟化銨、49.84g硫酸鎳、75.10g硫酸銅、61.14g硝酸鏑，加500ml乙二醇溶解形成水-磷酸銨-氟化銨-硫酸鎳-硫酸銅-硝酸鏑-乙二醇混合溶液，移入1l容量瓶中，用乙二醇稀釋至刻度，制得電解液。用無(wú)水乙醇潤(rùn)濕的碳化硅水砂紙對(duì)100mm×100mm×0.2mm待陽(yáng)極氧化的鈰箔進(jìn)行打磨并用無(wú)水乙醇清洗干凈，用1μm的二氧化鈰噴霧拋光劑噴在絨布上，將鈰片在有二氧化鈰噴霧拋光劑的絨布上拋光直至為鏡面。將拋光后的鈰箔的一面粘貼透明膠帶，放入無(wú)水乙醇液中超聲清洗。將上述電解液轉(zhuǎn)入2l的燒杯中，將上述100mm×100mm×0.2mm的待陽(yáng)極氧化鈰箔放入電解液中并為陽(yáng)極，陰極為150mm×150mm×0.5mm的鉛板，磁力攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為600rpm，電流密度為200ma/dm2，氧化溫度25℃，氧化時(shí)間15h，取出陽(yáng)極氧化件，去掉陽(yáng)極氧化件上的透明膠帶，用去離子水沖洗凈，風(fēng)干，采用fisher公司生產(chǎn)的mpo測(cè)厚儀測(cè)定表面多納米直孔的分別為112μm。將該陽(yáng)極氧化件放入坩堝中，放入馬弗爐內(nèi)，以3℃/min程序升溫至800℃，在800℃焙燒0.5h。冷至室溫，取出得到一表面為多納米直孔下面為致密的鏑、鎳和銅共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜。采用brukeraxsmicroanalysisgmbh能譜儀測(cè)定鏑、鎳和銅摻雜二氧化鈰膜中鏑、鎳和銅的含量按質(zhì)量百分比計(jì)算分別為27.1％、20.2％和19.5％。
實(shí)施例3
在1l的燒杯中加入200g水、25g碳酸銨、24.90g硝酸鎳、15.45g氯化鎳、23.61硝酸銅、14.81g氯化銅、17.79g硝酸銪、14.77g硝酸鉺，加700ml乙二醇溶解形成水-碳酸銨-硝酸鎳-氯化鎳-硝酸銅-氯化銅-硝酸銪-硝酸鉺-乙二醇混合溶液，移入1l容量瓶中，用乙二醇稀釋至刻度，制得電解液。用無(wú)水乙醇潤(rùn)濕的碳化硅水砂紙對(duì)100mm×100mm×0.2mm待陽(yáng)極氧化的鈰箔進(jìn)行打磨并用無(wú)水乙醇清洗干凈，用1μm的二氧化鈰噴霧拋光劑噴在絨布上，將鈰片在有二氧化鈰噴霧拋光劑的絨布上拋光直至為鏡面。將拋光后的鈰箔的一面粘貼透明膠帶，放入無(wú)水乙醇液中超聲清洗。將上述電解液轉(zhuǎn)入2l的燒杯中，將上述100mm×100mm×0.2mm的待陽(yáng)極氧化鈰箔放入電解液中并為陽(yáng)極，陰極為150mm×150mm×0.5mm的鉑板，磁力攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為350rpm，電流密度為100ma/dm2，氧化溫度12.5℃，氧化時(shí)間8.5h，取出陽(yáng)極氧化件，去掉陽(yáng)極氧化件上的透明膠帶，用去離子水沖洗凈，風(fēng)干，采用fisher公司生產(chǎn)的mpo測(cè)厚儀測(cè)定表面多納米直孔的孔長(zhǎng)為81μm。將該陽(yáng)極氧化件放入坩堝中，放入馬弗爐內(nèi)，以3℃/min程序升溫至600℃，在600℃焙燒1h。冷至室溫，取出得到一表面為多納米直孔下面為致密的銪、鉺、鎳和銅共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜。采用brukeraxsmicroanalysisgmbh能譜儀測(cè)定銪、鉺、鎳和銅共摻雜二氧化鈰膜中銪、鉺、鎳和銅的含量按質(zhì)量百分比計(jì)算分別為10.3％、8.9％、12.7％和11.8％。