界面区异价元素掺杂对CeO2基电解质空间电势调控及导电行为的影响

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51462018
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    47.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0208.无机非金属能量转换与存储材料
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Based on the fact that the electrical conductivity behavior of CeO2-based solid electrolyte is affected and controlled by the interfacial space potential directly, it is significant to improve the electrical properties of this electrolyte through the adjustment and control of the interfacial space potential by means of doping the aliovalent elements from both theoretical and practical aspects. In this project, aiming at the interfacial characteristics of the electrolytes with both equiaxed and columnar microstructures, the methods of "encapulsating the grain particles" and "grain boundary diffusion+heat treatment" are adopted respectively to dope the aliovalent metal ions into the interface in order to adjust the space potential and improve the electrical conductivity. The research contents include: ①equiaxed CeO2-based ceramics will be prepared through encapulsating the grain particles combined with different sintering processes so that the elements can be doped into the interface and their distribution and segregation can be controlled. ②CeO2-based films with the columnar structure will be fabricated by magnetron sputtering process, and a diffusion layer composing of aliovalent metal elements will be deposited on their surface continuously. The diffusion along the grain boundary and the doping of the elements will be realized by a consequent rapid annealing process. ③the mechanisms about the interactions between the doped ions and the matrix elements will be analyzed, and the regulations about the influences of the aliovalent doped ions on the interfacial space potential will be discovered. The optimal process about the adjustment and control of the interfacial space potential will be determined to improve the electrical conductivity of the CeO2-based ceramics. This project will contribute to the increment of the electrical conductivity of the CeO2-based solid electrolytes, the extension of their application fields and the establishment of the corresponding theoretical basis.
CeO2基固态电解质的导电行为直接受界面空间电势的影响和控制,通过在晶界区掺杂异价元素调控界面空间电势、改善其电导性能具有重要的理论和现实意义。本项目针对等轴晶和柱状晶结构CeO2基电解质的界面特征,拟分别采用"晶粒包覆烧结"和"晶界扩散+热处理"工艺实现异价元素的晶界掺杂和界面空间电势调控,进而灵活调控其导电行为。研究内容包括:①采用晶粒包覆法结合不同的烧结制度制备等轴晶CeO2基陶瓷,实现元素的掺杂并控制其在晶界区的分布、偏析。②采用磁控溅射法制备柱状晶结构CeO2基薄膜并在其表面连续沉积异价元素扩散层,利用快速退火工艺实现该元素沿晶界的扩散掺杂。③分析和建立异价掺杂离子与基体元素的作用机制,揭示不同价态离子对晶界空间电势调控的影响规律,确定通过空间电势调控改善CeO2基电解质导电行为的工艺途径。本项目将为改善CeO2基电解质的电导特性、拓展其应用范围探索新的途径并奠定相应的理论基础。

结项摘要

CeO2基固态电解质是一种重要的氧离子导体,被广泛用于固体氧化物燃料电池、氧传感器等领域,由于受界面空间电势和界面区杂质相的影响,其晶界电导率仍亟待提高。本项目首先通过共沉淀法和晶界包覆法制备出Fe、Co掺杂的GDC样品,研究了Fe和Co的晶界包覆掺杂对CeO2基固态电解质电导性能的影响,随着掺杂元素含量的增加,衍射峰向低角区偏移。陶瓷样品的晶粒尺寸为59.8~112nm。通过包覆掺杂方法得到的陶瓷样品电导率增加了近2倍。晶界区域Fe元素的添加,起到了清除晶粒之间硅质相的作用,从而提高样品的电导率。之后通过添加Al2O3异质相制备了SDC20-Al2O3纳米复相陶瓷,研究了Al2O3的掺杂比例、烧结温度、保温时间对复相陶瓷电导行为的影响规律。在烧结温度为1200℃时制备出的SDC20-Al2O3复相陶瓷中只存在SDC20相和Al2O3相,随Al2O3掺入量的增加,烧结样品的相对密度逐渐增加,复相陶瓷的电导率呈现先升高后降低的趋势。当Al2O3掺杂含量为30vol%时,SDC20-Al2O3复相陶瓷的离子电导率最大,不同配比的SDC20-Al2O3复相陶瓷的离子迁移数均大于0.94。最后项目组采用反应磁控溅射工艺制备了具有柱状晶结构的Gd掺杂CeO2(GDC)薄膜,通过溶胶涂覆结合热扩散处理,沿薄膜柱状晶界面分别扩散了Fe元素和Si元素,研究了不同元素扩散掺杂对GDC薄膜电导行为的影响。结果表明:GDC薄膜具有典型的柱状晶结构,扩散掺杂元素前后GDC薄膜均为立方萤石结构,且沿(111)面择优生长;经不同退火温度处理后GDC薄膜晶粒尺寸在10 nm到100 nm之间,扩散掺杂Fe元素能显著提高薄膜的电导率。在800℃退火条件下薄膜电导率显著提高,电导激活能没有改变。掺杂Fe元素可以改变晶界处硅质相的润湿性,使晶界处的硅质相收缩在三个晶粒交界处,从而提高GDC薄膜的电导率。本研究分析并建立了异价掺杂离子对CeO2基电解质电导率的影响机制,揭示了不同价态离子对晶界空间电势及界面区杂质相的作用规律,确立了通过界面区离子掺杂改善CeO2基电解质导电行为的工艺途径。本项目将为改善CeO2基电解质的电导特性、拓展其应用范围探索新的途径并奠定相应的理论基础。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
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专利数量(2)
Increased electrical conductivity and the mechanism of samarium-doped ceria/Al2O3 nano-composite electrolyte
钐掺杂二氧化铈/Al2O3纳米复合电解质的电导率提高及机理
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of the American Ceramic Society
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Q.Q. Yang;B. Meng;Z.L. Lin;X.K. Zhu;F. Yang;S. Wu
  • 通讯作者:
    S. Wu
Grain size effect on the electrical conductivity of submicron Sm-heavily-doped ceria
晶粒尺寸对亚微米Sm重掺杂二氧化铈电导率的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2018.08.212
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Chen Q. B.;Meng B.;Zhao M. Y.;Xie H.;Bian L. F.;Yang X.
  • 通讯作者:
    Yang X.
Effects of Thickness on the Electrical Conductivity of Sputtered YSZ Film with Nanocrystalline Columnar Microstructure
厚度对溅射纳米晶柱状结构YSZ薄膜电导率的影响
  • DOI:
    10.1007/s11595-018-1972-z
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Wuhan University of Technology-Mater
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    YANG Qingqing;LIN Zuoliang;MENG Bin;ZHU Xinkun;YANG Feng;WU Shan
  • 通讯作者:
    WU Shan
Co元素掺杂对CeO2基固态电解质导电行为的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    材料工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴闪;朱延俊;赵梦媛;解昊;杨星;边凌锋;孟彬
  • 通讯作者:
    孟彬
Effects of Fe-dopings through solid solution and grain-boundary segregation on the electrical properties of CeO2-based solid electrolyte
Fe固溶和晶界偏析掺杂对CeO2基固体电解质电性能的影响
  • DOI:
    10.1007/s11581-015-1422-2
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Ionics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    B. Meng;Z. L. Lin;Y. J. Zhu;Q. Q. Yang;M. Kong;B. F. Meng
  • 通讯作者:
    B. F. Meng

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  • 通讯作者:
    陈茜茜

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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