3.4快离子导体ppt课件.ppt

3.4快离子导体Eg离子晶体的离子电导主要有两类：
第一类，固有离子电导（本征电导），源于晶体点阵的基本离子的运动。离子自身随着热振动离开晶格形成热缺陷。（高温下显著）
第二类，杂质电导，由固定较弱的离子运动造成的。（较低温度下杂质电导显著）1固有电导（本征电导）弗仑克尔缺陷：一定温度下，格点原子在平衡位置附近振动，其中某些原子能够获得较大的热运动能量，克服周围原子化学键束缚而挤入晶体原子间的空隙位置，形成间隙原子，原先所处的位置相应成为空位。这种间隙原子和空位成对出现的缺陷称为弗仑克尔缺陷。肖特基缺陷：一定温度下、表面附近的原子A和B依靠热运动能量运动到外面新的一层格点位置上，而A和B处的空位由晶体内部原子逐次填充，从而在晶体内部形成空位，而表面则产生新原子层，结果是晶体内部产生空位但没有间隙原子，这种缺陷称为肖特基缺陷。离子电导的微观机构:载流子(离子)的扩散。
离子的扩散过程就构成了宏观的离子“迁移”。本征离子电导率的一般表达式为：2杂质电导N2——杂质离子浓度一般情况：
（1）杂质离子浓度远小于晶格格点数N2<N1
（2）杂质离子活化能小于热缺陷的活化能W1>W2
（3）低温下离子晶体的电导率主要为杂质电导，
高温下本征电导会占主体。经典的离子晶体由于离子扩散可以形成导电。
一般来说，这些晶体的导电率要低得多，
如NaCl:
室温时,σ=10-15S·cm-1,
在200℃时,σ=10-8S·cm-1。3.4.2快离子导体导电快离子导体的电导率公式也服从：快离子导体不论是从电导，还是从结构上看，都可以视为普通离子固体和离子液体之间的一种过渡状态：1总结：快离子导体的宏观特点2快离子导体的微观结构特点快离子导体往往不是某一组成的某一材料，而是指某一特定的相。а-AgI晶体结构а-AgI中，每个晶胞中Ag+有42个位置可占据，
实际每个晶胞中仅有2个Ag+
这些空隙位形成了可供导电Ag+迁移的通道网，导电率很大。
快离子导体的晶格中包含能量近似相等，而数量远比传导离子数目多的间隙位。
传导离子的间隙位之间势垒不能太高，传导离子在间隙位之间可以比较容易跃迁。
这些空位应彼此互相连接，间隙位的分布应取共面多面体，构成一个立体网络结构，可拥有贯穿晶格始末的离子通道的传输离子。
总结快离子导体的形成原因：
晶体中的非导电离子形成刚性骨架，晶格内部存在多于导电离子数的可占据位置，这些位置互相连通，形成一维隧道型、二维平面型或三维传导型的离子扩散通道，导电离子在通道中可以自由移动。3根据载流子的类型，可将快离子导体分类传导离子结构类型示例
O2-离子萤石型ZrO2基固溶体，ThO2基固溶体
HfO2基固溶体，GeO2基固溶体
Bi2O3基固溶体
钙钛矿型LaAlO3基,CaTiO3基,SrTiO3基
F-离子萤石型CaF2基固溶体，PbF2基固溶体
MM’F4基固溶体
氟铈矿型(CeF3)0.95·（CaF2）0.05萤石型结构1氧传感器氧传感器将氧化锆烧结成管状，
并在内层与外层涂上白金(Pt)。做电极
电动势连接内层和外层电极单斜ZrO2转变为四方ZrO2会产生7－8%的体积收缩，而逆向转变则会有相应的体积膨胀，所以ZrO2烧结制备过程中，由于降温时发生四方→单斜相变引起烧结体开裂。为防止相变引起的开裂，可在氧化锆中加入少量碱土金属氧化物(MgO、CaO等)或稀土氧化物(Y2O3、CeO2等)，使ZrO2稳定为萤石结构。在防止开裂的同时，晶体结构中还产生了大量的氧离子空位。O2-内层电极与大气接触，所以氧气浓度高，外层电极与排气接触，氧气浓度低。当排放的废气中所含的氧相对少，氧化锆两侧的电极所接触到的氧气高低落差大，所产生的电动势也相对高(将近1V)；当燃烧完所多余的氧气较多时，氧化锆两侧的白金层的氧气落差小，因此所产生的电动势低(将近0V)。2高温燃料电池（1）负极燃料H2和O22-反应在催化剂作用下反应