摘 要

交流阻抗谱应用于电解质陶瓷的研究中，主要了解阻抗产生的原因，即阻抗是由晶粒还是晶粒间界引起的，研究陶瓷生产的工艺过程。电解质陶瓷材料Bi₂Cu_0.1V_0.9O_5.35-δ的研究主要是集中在三个方面：光电子器件应用、铁电材料应用和固态氧化物燃料电池的电解质材料应用。Bi₂Cu_0.1V_0.9O_5.35-δ存在热滞现象，影响了实际应用，本文以Bi₂Cu_0.1V_0.9O_5.35-δ电解质陶瓷为研究对象，用交流阻抗谱法测试晶粒、晶界电导率；探索显微结构对电解质陶瓷材料Bi₂Cu_0.1V_0.9O_5.35-δ热滞现象的影响。主要研究内容如下：

1、制得电解质陶瓷Bi₂Cu_0.1V_0.9O_5.35-δ研究了晶粒和晶界对晶体电导率影响，得到：晶粒对电解质陶瓷的电导率作出主要的贡献。

2、组成相同，分别用EDTA-柠檬酸盐法可以获得细小均匀晶粒的电解质陶瓷和用固相法制得尺寸较大的电解质陶瓷。研究发现EDTA-柠檬酸盐法所制备的晶粒细小，在加热的时候，本征载流子增多，晶粒电导率变大。晶粒细小的电解质陶瓷可以改善氧离子导电率的热滞现象，当掺钨的时候该结论同样得到证实。

关键词：Bi₂Cu_0.1V_0.9O_5.35-δ，晶粒，晶界，电解质陶瓷，交流阻抗谱

Abstract

AC impedance spectroscopy used in the study of electrolyte ceramics, the main understanding of the cause of the impedance, that is, the impedance is caused by grain or grain boundaries, the study of ceramic production process. The research of Bi₂Cu_0.1V_0.9O_5.35-δ is mainly focused on the application of ferroelectric materials, the application of electrolyte materials for solid oxide fuel cells and the application of optoelectronic devices. Bi₂Cu_0.1V_0.9O_5.35-δ has the effect of thermal hysteresis, which affects the practical application. In this paper, Bi₂Cu_0.1V_0.9O_5.35-δ electrolyte ceramics is used as the object of study. The electrochemical impedance spectroscopy (EIS) The effect of microstructure on the thermal hysteresis of Bi₂Cu_0.1V_0.9O_5.35-δ electrolyte was investigated. The main research contents are as follows:

1. the electrolyte ceramic Bi₂Cu_0.1V_0.9O_5.35-δ studied the effect of grain and grain boundary on the crystal conductivity, and obtained: the grain contributes to the conductivity of the electrolyte ceramic.

2. the same composition, respectively, with EDTA-citrate method can be obtained fine uniform grain of the electrolyte ceramic and solid phase made of larger electrolytic ceramic. It was found that the grains prepared by EDTA-citrate method were fine, and the grains increased when the temperature was increased,the grain conductivity became larger. Small grain of electrolyte ceramic can improve the oxygen ion conductivity of the thermal hysteresis phenomenon.

Key words: Bi₂Cu_0.1V_0.9O_5.35-δ, grain, grain boundary, electrolyte ceramics, AC impedance spectroscopy

目录

摘要 I

第1章 绪论 1

1.1 交流阻抗谱法的概述 1

1.1.1 交流阻抗谱的基本条件 2

1.1.2 交流阻抗谱在金属材料腐蚀与防护研究中的应用 2

1.1.3 电化学阻抗谱在金属聚合物复合材料中的研究 3

1.1.4 交流阻抗谱在半导体材料中的应用 3

1.1.5 电化学阻抗谱在固体电解质材料中的应用 4

1.2 铋基层状类钙钛矿铁电材料结构特点 4

1.2.1 铋基层状类钙钛矿铁电材料结构特点 4

1.2.2 铋基层状类钙钛矿铁电材料研究现状 5

1.2.3 钒酸秘的结构特点 5

1.2.4 钒酸铋的研究现状及前景 6

1.3 本论文的提出与研究内容 6

第2章 材料的制备与研究方法 8

2.1 材料的制备方法 8

2.1.1 固相法合成与制备Bi₂Cu_0.1V_0.9O_5.35-δ 8

2.1.2 溶胶凝胶法制备电解质陶瓷 9

2.2 交流阻抗谱测试的基本原理 9

2.2.1 应用 11

2.2.2 数据处理 14

2.2.3 交流阻抗谱的测试 15

第3章 电介质陶瓷Bi₂Cu_0.1V_0.9O_5.35-δ的性能测试和表征 16

3.1 显微结构 16

3.2 电学性能分析 16

3.2.1 交流阻抗谱图 16

3.2.2 等效电路 17

3.2.3 结果分析 23

第4章 结论 24

参考文献 25

致 谢 27

第1章 绪论

长期以来，铁电材料不断地得到广泛且深入的研究，这是因为铁电材料不仅具有优异的电性能，而且具有优异的光学性能，铁电材料应用范围广泛。铋钒酸盐物质（Bi₂VO_5.5）的物理性质居里温度低，介电常数低。 此外，钒酸铋的铁电性能和电光性能具有优异的性能。 优良的性能使其成为新型的铋基钙钛矿铁电材料，钒酸铋材料具有广泛的应用范围，主要用于薄膜电容器，薄膜红外传感器和电光器件领域。

1.1 交流阻抗谱法的概述

交流阻抗谱是研究线性电路网络的频率响应特性的一种方法，是一种研究电学的方法，因为材料的导电性，可以把它引用到电极的研制和探究过程中，于是交流阻抗谱法变成为了一种电化学的实验方法，在电化学领域得到广泛地运用。

交流阻抗谱法简单地说是用于小振幅正弦波电势的干扰信号，被用于电化学测量技术。 使用电信号的小振幅来扰动系统的优点是小振幅干扰信号可以减小干扰对系统的影响。 此外，干扰与系统的响应线性相关，有助于对所得到的测量结果进行处理。不仅如此。交流阻抗谱也可用于频域，通过该方法测量的阻抗谱的频率范围非常广泛。 可以通过使用获得的阻抗谱来研究电极系统，其可以获得关于电极界面结构的更多的信息，而不是普通的电化学方法。