JOURNAL PORTAL
景德镇陶瓷大学主办
陶瓷学报
宦道明, 张璐, 彭冉冉, 夏长荣
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)是一种清洁、高效的能量转换装置，其性能主要受制于阴极的氧还原反应速率。传统高性能阴极材料以钴基材料为主，其价格昂贵、热膨胀系数大、化学稳定性差等制约了钴基材料的应用。为此，需要大力发展无钴阴极材料，具有钙钛矿结构(ABO3)的SrFeO3-δ基材料是一种良好的离子-电子混合导体氧化物，它有巨大的潜力替代钴基材料。通过综述SrFeO3-δ基阴极材料的掺杂改性，总结了A位、B位以及A/B位共掺杂的元素和掺杂量对SrFeO3-δ的晶体结构、氧的非化学计量、热膨胀系数、电导率、氧传输和电化学性能等的影响。这些掺杂方式为发展和改性新型无钴阴极材料提供了一些新颖的策略。
解厚波, 李可琢, 苑高千, 张竞哲, 张海军, 李发亮
Ti3AlC2具有由边缘共享的Ti6C八面体和二维密排的Al平面交替堆积而成的六方层状特殊结构，既具有陶瓷的熔点高、弹性模量高、耐腐蚀和高温抗氧化能力强等特点，又兼具金属的导电导热性好、剪切模量高和可加工性能优异等优点，被广泛用作高温涂层材料、高温结构材料、化学防腐材料、电极电刷材料、受电弓材料和MXene前驱体材料等。但是，Ti3AlC2陶瓷存在硬度和强度比传统结构陶瓷低以及中低温区(<1100℃)抗氧化能力较差等缺点，其作为结构材料在工程实际中的进一步应用受到限制。因此，研究者们开发了固溶强化、第二相复合强化以及织构强化等方法对Ti3AlC2陶瓷的力学性能进行强化。通过综述提高Ti3AlC2陶瓷力学性能的主要方法和对比不同方法的优劣，提出了当前方法中亟待解决的难点。最后，基于Ti3AlC2陶瓷当前的研究现状，提出其强化方法可能的改进方向及可行的优化措施。
白虎, 冯宇, 叶晓峰, 冷志忠, 张博, 周娟
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells, SOFCs)具有燃料适用性广、余热利用价值高、能量转化效率高的优点，成为当下能量转化技术的研究热点。但是，在商业化之前，SOFCs仍然存在着一些亟待改善的问题，其中，稳定性和工作寿命便是最关键的问题。鉴于流场与温度场、电场相互耦合，不均匀的流场极易导致电池局部热失控，产生热应力，对电池产生不可逆损坏，影响SOFCs系统寿命。改善流场设计、保证流动均匀性是提高稳定性和寿命的关键。对平板型SOFCs的流场设计及优化进行了概述。
曾仁芬, 江向平, 叶芬, 陈超, 黄枭坤, 聂鑫
通过传统固相法合成了Bi7Ti4.5-xMnxW0.5O21（BTW-BIT-x Mn）共生铋层状结构陶瓷，并对其结构和电学性能进行了系统的研究。XRD和SEM结果显示，所有组分均形成单一的铋层状结构陶瓷，并且Mn离子掺杂抑制了晶粒的长大。适量的Mn离子掺杂能使陶瓷样品的电学性能提升，并且在Bi7Ti4.45Mn0.05W0.5O21样品获得最优的电学性能，其压电常数d33高达19.3 pC/N，居里温度提升至701℃，在500℃电阻率高达2.1×10～8Ω·cm。通过Bi7Ti4.5-xMnxW0.5O21样品的退火曲线分析，Mn离子掺杂后的样品在550℃时，都保持了初始值80%以上，说明具有该材料具有良好的热稳定性。所有研究结果表明BTW-BIT-x Mn陶瓷在高温压电领域运用有很大的潜力。
曾仁芬, 江向平, 叶芬, 陈超, 黄枭坤, 聂鑫
通过传统固相法合成了Bi7Ti4.5-xMnxW0.5O21(BTW-BIT-x Mn)共生铋层状结构陶瓷，并对其结构和电学性能进行了系统的研究。XRD和SEM结果显示，所有组分均形成单一的铋层状结构陶瓷，并且Mn离子掺杂抑制了晶粒的长大。适量的Mn离子掺杂能使陶瓷样品的电学性能提升，并且在Bi7Ti4.45Mn0.05W0.5O21样品获得最优的电学性能，其压电常数d33高达19.3 pC/N，居里温度提升至701℃，在500℃电阻率高达2.1×108Ω·cm。通过Bi7Ti4.5-xMnxW0.5O21样品的退火曲线分析，Mn离子掺杂后的样品在550℃时，都保持了初始值80%以上，说明具有该材料具有良好的热稳定性。所有研究结果表明BTW-BIT-x Mn陶瓷在高温压电领域运用有很大的潜力。
付梦雨, 金英敏, 李栋, 宗鑫, 张雪柏, 熊岳平
固体氧化物燃料电池连接体中存在铬元素，会对阴极材料产生毒化作用，严重影响了阴极的电化学性能。采用浸渍法制备了用于固体氧化物燃料电池的La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8O3-δ（LSCF）-Gd0.2Ce0.8O1.9（GDC）复合阴极，以电化学测试为基础，结合扫描电子显微镜、电感耦合等离子光谱、X射线光电子能谱等分析表征方法考察了浸渍GDC对缓解LSCF阴极铬中毒的作用。结果表明，浸渍GDC不仅能提升LSCF阴极的电化学性能，而且对阴极铬中毒有一定程度的抑制作用。相对于LSCF阴极，LSCF-GDC复合阴极在含铬气氛中极化120 h后的电化学性能衰减程度降低。表征结果显示GDC会在阴极上形成包覆层，减少Cr元素与Sr元素的接触，使阴极上SrCrO4的生成量变少，从而抑制LSCF阴极的Cr中毒。
付梦雨, 金英敏, 李栋, 宗鑫, 张雪柏, 熊岳平
固体氧化物燃料电池连接体中存在铬元素，会对阴极材料产生毒化作用，严重影响了阴极的电化学性能。采用浸渍法制备了用于固体氧化物燃料电池的La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)-Gd0.2Ce0.8O1.9(GDC)复合阴极，以电化学测试为基础，结合扫描电子显微镜、电感耦合等离子光谱、X射线光电子能谱等分析表征方法考察了浸渍GDC对缓解LSCF阴极铬中毒的作用。结果表明，浸渍GDC不仅能提升LSCF阴极的电化学性能，而且对阴极铬中毒有一定程度的抑制作用。相对于LSCF阴极，LSCF-GDC复合阴极在含铬气氛中极化120 h后的电化学性能衰减程度降低。表征结果显示GDC会在阴极上形成包覆层，减少Cr元素与Sr元素的接触，使阴极上SrCrO4的生成量变少，从而抑制LSCF阴极的Cr中毒。
孙冠岳, 赵洪峰, 周远翔, 谢清云, 蒙晓记
研究了掺杂不同浓度CaO对SnO2压敏电阻稳定性的影响，样品在0.9 E1mA/135℃/160 h的连续电压应力下进行交流加速(50 Hz)老化试验，采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射、电流-电压(E-J)、电容-电压(C-V)等测试手段对样品进行测量并观察老化前后电学性能和微观结构的变化。结果表明，当CaO掺杂浓度为0.04mol%时，老化后样品的电压梯度最高为744.65 V·mm-1，泄漏电流最低为6.88μA·cm-2，老化系数为0.058，样品在实际运行中的稳定性有所提高。造成这种变化的主要原因是CaO通过固溶反应后产生的氧空位和深层缺陷促进了势垒的形成。
刘亚欣, 周建民, 夏长荣
近年来，微电子和半导体技术的飞速发展对器件材料的散热要求越来越高。因具有热导率高等优异性能，AlN引起了广泛关注。以三聚氰胺、甲醛、勃姆石溶胶为起始原料，利用同步的溶胶凝胶转换与高分子聚合过程，使有机高分子的交联网络与无机勃姆石的凝胶网络相互作用缠结，得到碳源(三聚氰胺和甲醛单体)和铝源(勃姆石溶胶粒子)均匀混合的前驱体。该复合体系不仅抑制了铝源的粒子长大，同时也阻碍了氧化铝的相转变，使得氮化反应直接由γ-Al2O3开始，并在1300℃完全氮化为AlN，粒径小于30 nm。此外，该体系的碳热还原氮化反应的活化能仅为126 kJ·mol-1，远小于传统固相法的360 kJ·mol-1，说明该凝胶聚合法有效地提高了反应活性。
周丽红, 熊晓松, 吉宁林, 张丁, 肖建中
为了提高中温固体氧化物燃料电池层状钙钛矿氧化物YBaCo2O5+δ(YBC)阴极材料的电化学性，通过掺杂和包覆对其进行了改性研究。采用乙二胺四乙酸-柠檬酸络合法合成了YBC和YBa0.5Sr0.5Co2O5+δ(YBSC)氧化物粉体；采用溶液浸渍法制备了La2NiO4+δ(LN)包覆YBSC的复合阴极La2NiO4+δ@YBa0.5Sr0.5Co2O5+δ(LN-YBSC)；分析了合成粉体的物相、电导率以及半电池上YBSC和LN-YBSC阴极的微观形貌和电化学性能。研究发现：LN为单相的Ruddlesden-Popper结构。掺Sr后的YBSC仍为四方晶体结构，与YBC结构一致。Sr掺杂引起移动间隙氧浓度增加导致电子空穴增大提高了YBSC的电导率。LN紧密、连续地分布在YBSC骨架表面，形成包覆结构。与YBSC阴极相比，LN-YBSC阴极的极化阻抗更小，LN的包覆提高了YBSC的电化学性能，这主要归因于LN具有较好的氧表面交换性能。