本發(fā)明涉及一種稀土、鈣和鎳共摻雜二氧化鈰/二氧化鈰膜的制備方法，屬于薄膜制備技術(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)明的目的在于提供一種稀土、鈣和鎳共摻雜二氧化鈰/二氧化鈰膜的制備方法。本發(fā)明把鎳和鈣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、鈣和鎳共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜。
本發(fā)明的技術(shù)方案具體介紹如下。
本發(fā)明提供一種稀土、鈣、鎳共摻雜二氧化鈰/二氧化鈰膜的制備方法，具體步驟如下：
(1)將可溶性鹽、鈣鹽、鎳鹽、稀土鹽、水和乙二醇混合制成電解液；1l電解液中，可溶性鹽2～50g，鈣鹽0.2～15g，鎳鹽0.3～29.9g，稀土鹽0.3～29.9g，水20～400g，其余為乙二醇；
(2)以鈰片為陽(yáng)極，鈰片的一面粘貼透明膠帶，以鉛片或鉑片為陰極，將陽(yáng)極和陰極放入電解液中陽(yáng)極氧化，陽(yáng)極氧化完畢后，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)極氧化件在馬弗爐內(nèi)在300～500℃的溫度下焙燒0.5～2h，得到一表面為多納米直孔下面為致密的稀土、鈣和鎳共摻雜二氧化鈰膜、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；鈣鹽選自硝酸鈣、氯化鈣或醋酸鈣中的一種或兩種以上組成；鎳鹽選自氯化鎳、硝酸鎳或硫酸鎳中的一種或兩種以上；稀土鹽選自稀土硝酸鹽、稀土硫酸鹽或者稀土氯化物中的一種或兩種以上組成，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。
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，以2～4℃/min程序升溫至300～500℃。
本發(fā)明中，得到一表面為多納米直孔下面為致密的稀土、鈣和鎳共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜，得到的表面的多納米直孔的孔長(zhǎng)為16～109μm，稀土、鈣和鎳摻雜二氧化鈰膜中稀土、鈣和鎳的含量按質(zhì)量百分比分別為4.5～28％、2～20％和1.1～21％。
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、鈣和鎳共摻雜二氧化鈰膜、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16～109μm。采用采用brukeraxsmicroanalysisgmbh能譜儀測(cè)定稀土、鈣和鎳摻雜二氧化鈰膜中稀土、鈣和鎳的含量按質(zhì)量百分比計(jì)算分別為4.5～28％、2～20％和1.1～21％。
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)行詳細(xì)闡述。
實(shí)施例1
在1l的燒杯中加入20g水、2g草酸銨、0.6624g氯化鎳、0.8188g硝酸鈣、0.9278g硝酸釔，加880ml乙二醇溶解形成水-草酸銨-氯化鎳-硝酸鈣-硝酸釔-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16μm。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釔、鈣和鎳共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜。采用采用brukeraxsmicroanalysisgmbh能譜儀測(cè)定釔、鈣、鎳摻雜二氧化鈰膜中釔、鈣和鎳的含量按質(zhì)量百分比計(jì)算分別為4.5％、2.0％和1.1％。
實(shí)施例2
在1l的燒杯中加入400g水、50g碳酸銨、93.08g硝酸鎳、41.53g氯化鈣、51.05g三氯化釤，加500ml乙二醇溶解形成水-碳酸銨-硝酸鎳-氯化鈣-三氯化釤-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孔長(zhǎng)為109μm。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500℃，在500℃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釤、鈣和鎳共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜。采用采用brukeraxsmicroanalysisgmbh能譜儀測(cè)定釤、鈣和鎳摻雜二氧化鈰膜中釤、鈣和鎳的含量按質(zhì)量百分比計(jì)算分別為28％、20％和21％。
實(shí)施例3
在1l的燒杯中加入200g水、15g磷酸銨、10g氟化銨、23.27g硝酸鎳、19.77g硫酸鎳、20.59g醋酸鈣、10.38g氯化鈣、22.90g硝酸釹、10.92g硝酸釓，加700ml乙二醇溶解形成水-磷酸銨-氟化銨-硝酸鎳-硫酸鎳-醋酸鈣-氯化鈣-硝酸釹-硝酸釓-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℃，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79μm。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400℃，在400℃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釹、釓、鈣和鎳共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜。采用采用brukeraxsmicroanalysisgmbh能譜儀測(cè)定釹、釓、鈣和鎳摻雜二氧化鈰膜中釹、釓、鈣和鎳的含量按質(zhì)量百分比計(jì)算分別為9.1％、8.8％、18％和16％。