一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的制備方法
【專利摘要】一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的制備方法，它涉及固體氧化物燃料電池微納米模型電極的制備方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有制備固體氧化物燃料電池模型電極設(shè)備復(fù)雜、成本高和制備時間長的問題。本發(fā)明的具體操作步驟為：一、制備致密平整基底；二、拋光；三、在基底表面制備具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓；四、配制前驅(qū)體溶液；五、滴注；六、揮發(fā)溶劑；七、燒結(jié)。優(yōu)點：本發(fā)明制備的具有規(guī)則形狀微納米模型電極設(shè)備簡單、成本低廉和制備時間短。本發(fā)明制備的具有規(guī)則形狀微納米模型電極將應(yīng)用于航空、航天、機械加工、表面修飾領(lǐng)域。
【專利說明】—種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種固體氧化物燃料電池微納米模型電極的制備方法。
【背景技術(shù)】[0002]當(dāng)今人類亟待解決的兩大世界難題依舊是能源和環(huán)境。固體氧化物燃料電池簡寫S0FC，作為一種清潔、高效的能源轉(zhuǎn)化裝置恰好迎合了時代的需求，近來引起了世界各國的不斷廣泛關(guān)注。如果采用氫氣作為燃料，系統(tǒng)的最終反應(yīng)產(chǎn)物是水，可以直接供人類飲用，反應(yīng)過程中也沒有任何有害氣體產(chǎn)生，因此被稱為清潔能源。通常SOFC的能源轉(zhuǎn)換率可達到60%，如果采用熱電聯(lián)供方式，能源轉(zhuǎn)換率可高達80%，是普通火力發(fā)電的2~3倍。然而目前SOFC的商業(yè)化進程才剛剛起步，其主要原因之一是SOFC內(nèi)部的電化學(xué)轉(zhuǎn)化機制和動力學(xué)過程還不夠清晰，造成現(xiàn)在對SOFC的結(jié)構(gòu)設(shè)計及電極優(yōu)化存在諸多的盲目性。換句話說，現(xiàn)在對于SOFC這個復(fù)雜系統(tǒng)的研究大都停留在材料選擇的初級階段，對于電極反應(yīng)過程的機理性、理論性研究還十分匱乏。為了進一步深入研究SOFC的電極反應(yīng)過程，有些課題組提出采用模型電極，即在電解質(zhì)的表面制備一層致密的電極薄膜，用于模擬多孔電極中的納米或微米顆粒，從而可以避免多孔電極的結(jié)構(gòu)對表征結(jié)果的影響，能夠更為準(zhǔn)確地表征材料的屬性以及電極反應(yīng)過程中的電荷轉(zhuǎn)移和電子、離子輸運過程。
[0003]迄今為止對于模型電極的制備大都采用脈沖激光沉積(Pulsed LaserDeposition, PLD),靜電霧化沉積(Electrostatic Spray Deposition, ESD),原子層沉積(Atomic Layer Deposition, ALD)或等離子噴涂(Air Plasma Spraying, APS)等使用使用設(shè)備復(fù)雜、成本昂貴和制備時間長的技術(shù)，而對于納米電極形貌的控制也大都采用激光刻蝕技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有制備固體氧化物燃料電池模型電極設(shè)備復(fù)雜、成本高和制備時間長的問題，而提供一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的制備方法。
[0005]一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的制備方法，具體是按以下步驟完成的:
[0006]一、制備致密平整基底:①將致密基底粉體球磨IOh~20h，得到球磨后的致密基底粉體；②將0.1g~0.5g步驟一①得到的球磨后的致密基底粉體在室溫下和壓力為300MPa~600MPa的條件下壓成直徑為13mm~22mm的坯體；③將步驟一②得到的直徑為13mm~22mm的坯體在溫度為1400°C~1600°C的條件下煅燒2h~5h，得到致密平整基底；所述致密基底粉體為YSZ粉體、SDC粉體、GDC粉體或BDC粉體，其中所述的YSZ粉體化學(xué)式為 Y0.16Zr0.8402_δ，其中所述的 SDC 粉體化學(xué)式為 SmxCe1^5, SmxCei_x02_s 中 O ≤ x ≤ 0.5，其中所述的⑶C粉體化學(xué)式為GdxCei_x02_s，GdxCei_x02_s中O≤X≤0.5，其中所述的BDC粉體化學(xué)式為 BaxCei_x03_s，BaxCe1^xO3-S 中 O ≤ x ≤ 0.5 ;
[0007]二、拋光:①使用拋光機將步驟一③得到的致密平整基底的一個表面拋光至平整度為0.01 μ m~0.5 μ m，得到光滑的致密平整基底在超聲條件下使用丙酮溶液清洗步驟二①得到的光滑的致密平整基底IOmin~30min，得到清洗后的光滑致密平整基底；③使用壓縮空氣機將步驟二②得到的清洗后的光滑致密平整基底表面吹干Imin~lOmin，得到干燥清洗后的光滑致密平整基底；④使用臭氧對步驟二③得到的干燥清洗后的光滑致密平整基底進行氧化處理，氧化時間為0.1min~lOmin，得到氧化處理后的光滑致密平整基底；[0008]三、在基底表面制備具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓:①使用繪畫方法或蠟印方法在步驟二④得到的氧化處理后的光滑致密平整基底表面制備具有規(guī)則形狀的模型電極的輪廓，得到具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底；②將步驟三①得到的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底在溫度為20°C~50°C的條件下烘烤
0.1min~IOmin ;得到烘烤后的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底；③將步驟三②得到的烘烤后的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底在潔凈室中室溫晾干IOmin~lOOmin，得到干燥的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底；
[0009]四、配制前驅(qū)體溶液:采用傳統(tǒng)的溶膠-凝膠法配制溶液濃度為0.01mol/L~0.lmol/L的浸潰溶液，得到前驅(qū)體溶液；所述前驅(qū)體溶液為BaxSivxC0yFeiICVpLaxSivxC;ryMrvy03_s、LaxSr1_xCoyMn1_y03_δ > LaxSr1_xCryFe1_y03_5 > LaxSr1_xCoyFe1_y03-5 >LaxSr1_xCryCu1_y03_5 > LaxSr1_xCryNi1_y03_5 > LaxSr1_xTiyMn1_y03_5 > LaxSr1_xTiyFe1_y03_5 >SmxCe1^x02_δ > GdxCeh02_s 或 BaxCehO"Ba^ri^COyFe^^s 中 Ba 元素:Sr 元素:Co元素:Fe元素的物質(zhì)的量比為x: (1-x):y: (1-y),其中0.2〈χ〈0.95,0≤y；^0.9;所述LaxSivxCryMrvyCVs中La元素:Sr元素:Cr元素:Mn元素的物質(zhì)的量比為x: (l_x):y: (1-y),其中 0.5〈χ〈0.95,0 ≤ y ≤ I ;所述 LaxSivxCoyMrvyCVs 中 La 元素:Sr 元素:Co 元素:Mn 元素的物質(zhì)的量比為x: (1-x):y: (1-y)，其中0.5〈χ〈0.95,0≤y≤I ;所述
中La元素:Sr元素:Cr元素:Fe元素的物質(zhì)的量比為x: (l_x):y: (1-y)，其中0.5〈χ〈0.95,O≤y ≤ I ;所述LaxSivxCoyFe1ICVs中La元素:Sr元素:Co元素:Fe元素的物質(zhì)的量比為 X: (1-x):y: (1-y)，其中 0.5≤χ≤0.95,0 ^ y ^ I ;所述 LaxSrCryCu1^yO3-S 中 La 元素:Sr元素:Cr元素:Cu元素的物質(zhì)的量比為X: (l-χ):y: (1-y),其中0.5〈x〈0.95,O≤y≤I ;所述LaxSivxCryNiLyCVs中La元素:Sr元素:Cr元素:Ni元素的物質(zhì)的量比為 X: (1-x):y: (1-y)，其中 0.5〈χ〈0.95,0 ^ y ^ I ;所述中 La 元
素:Sr元素:Ti元素:Mn元素的物質(zhì)的量比為X: (l-χ):y: (1-y),其中0.5〈x〈0.95,O≤y ≤ I ;所述LaxSivxTiyFe1ItVs中La元素:Sr元素:Ti元素:Fe元素的物質(zhì)的量比為 X: (1-x):y: (1-y)，其中 0.5〈χ〈0.95，O ≤ y ≤ I ;所述 SmxCei_x02_s 中 Sm 元素:Ce 元素的物質(zhì)的量比為X: (1-x)，其中O≤X≤0.5 ;所述GdxCei_x02_s中Gd元素:Ce元素的物質(zhì)的量比為X: (l-χ),其中O≤X≤0.5 ;所述BaxCehCVs中Ba元素:Ce元素的物質(zhì)的量比為X: (l-χ),其中 0≤χ≤0.5;
[0010]五、滴注:將步驟四得到的前驅(qū)體溶液滴注到水平放置的步驟三③得到的干燥的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底上的規(guī)則形狀的模型電極輪廓內(nèi)，使前驅(qū)體溶液在規(guī)則形狀的模型電極輪廓內(nèi)形成厚度為0.01 μ m~100 μ m的液層，得到覆蓋有一層前驅(qū)體溶液的光滑致密平整基底；所述液層的厚度低于規(guī)則形狀的模型電極輪廓的厚度；
[0011]六、揮發(fā)溶劑:將步驟五得到的覆蓋有一層前驅(qū)體溶液的光滑致密平整基底在溫度為20°C~80°C和空氣濕度為50%~90%的條件下?lián)]發(fā)，揮發(fā)時間為IOmin~lOOmin，得
到前驅(qū)體溶液沉積層覆蓋的光滑致密平整基底；
[0012]七、燒結(jié):將步驟六得到的前驅(qū)體溶液沉積層覆蓋的光滑致密平整基底在溫度為400°C~1600°C的溫度條件下，燒結(jié)20min~400min，得到具有規(guī)則形狀的微納米模型電極。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點:一、本發(fā)明將基于廉價的溶液浸潰技術(shù)制備具有同種質(zhì)量的模型電極，本發(fā)明制備的具有規(guī)則形狀微納米模型電極設(shè)備簡單、成本低廉和制備時間短。二、本發(fā)明在納米電極形狀控制方面，提出更為廉價和快捷的新型蠟印方法。
[0014]本發(fā)明制備的具有規(guī)則形狀微納米模型電極將應(yīng)用于航空、航天、機械加工、表面修飾領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是試驗一制備的一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的光滑致密平整YSZ基底上的BSCF納米薄膜斷面放大50000的SEM圖。
【具體實施方式】
[0016]【具體實施方式】一:本實施方式是一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的制備方法，具體是按以下步驟完成的:
[0017]一、制備致密平整基底:①將致密基底粉體球磨IOh~20h，得到球磨后的致密基底粉體；②將0.1g~0.5g步驟一①得到的球磨后的致密基底粉體在室溫下和壓力為300MPa~600MPa的條件下壓成直徑為13mm~22mm的坯體；③將步驟一②得到的直徑為13mm~22mm的坯體在溫度為1400°C~1600°C的條件下煅燒2h~5h，得到致密平整基底；所述致密基底粉體為YSZ粉體、SDC粉體、GDC粉體或BDC粉體，其中所述的YSZ粉體化學(xué)式為 Y0.16Zr0.8402_δ，其中所述的 SDC 粉體化學(xué)式為 SmxCe1^5, SmxCei_x02_s 中 O ≤ x ≤ 0.5，其中所述的⑶C粉體化學(xué)式為GdxCei_x02_s，GdxCei_x02_s中O≤ X≤ 0.5，其中所述的BDC粉體化學(xué)式為 BaxCei_x03_s，BaxCe1^xO3-S 中 O ≤ x ≤ 0.5 ;
[0018]二、拋光:①使用拋光機將步驟一③得到的致密平整基底的一個表面拋光至平整度為0.01 μ m~0.5 μ m，得到光滑的致密平整基底在超聲條件下使用丙酮溶液清洗步驟二①得到的光滑的致密平整基底IOmin~30min，得到清洗后的光滑致密平整基底；③使用壓縮空氣機將步驟二②得到的清洗后的光滑致密平整基底表面吹干Imin~lOmin，得到干燥清洗后的光滑致密平整基底；④使用臭氧對步驟二③得到的干燥清洗后的光滑致密平整基底進行氧化處理，氧化時間為0.1min~lOmin，得到氧化處理后的光滑致密平整基底；
[0019]三、在基底表面制備具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓:①使用繪畫方法或蠟印方法在步驟二④得到的氧化處理后的光滑致密平整基底表面制備具有規(guī)則形狀的模型電極的輪廓，得到具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底；②將步驟三①得到的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底在溫度為20°C~50°C的條件下烘烤
0.1min~IOmin ;得到烘烤后的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底；③將步驟三②得到的烘烤后的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底在潔凈室中室溫晾干IOmin~lOOmin，得到干燥的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底；
[0020]四、配制前驅(qū)體溶液:采用傳統(tǒng)的溶膠-凝膠法配制溶液濃度為0.01mol/L~0.lmol/L的浸潰溶液，得到前驅(qū)體溶液；所述前驅(qū)體溶液為BaxSivxC0yFeiICVpLaxSivxC;ryMrvy03-s、LaxSr1-xCoyMn1-y03-δ > LaxSr1-xCryFe1-y03-5 > LaxSr1-xCoyFe1-y03-5 >LaxSr1-xCryCu1-y03-5 > LaxSr1-xCryNi1-y03-5 > LaxSr1-xTiyMn1-y03-5 > LaxSr1-xTiyFe1-y03-5 >SmxCefxO2-P GdxCehO2-S 或 BaxCehO3-S ;所述 BaxSrhCOyFehCVs 中 Ba 元素:Sr 元素:Co元素:Fe元素的物質(zhì)的量比為x: (1-x):y: (1-y),其中0.2〈χ〈0.95,0 Sy≤0.9;所述LaxSivxCryMrvyCVs中La元素:Sr元素:Cr元素:Mn元素的物質(zhì)的量比為x: (l-χ):y: (1-y),其中 0.5〈χ〈0.95,0 < y < I ;所述 LaxSivxCoyMrvyCVs 中 La 元素:Sr 元素:Co 元素:Mn 元素的物質(zhì)的量比為X: (1-x):y: (1-y)，其中0.5〈χ〈0.95,0≤y≤I ;所述
中La元素:Sr元素:Cr元素:Fe元素的物質(zhì)的量比為x: (l-χ):y: (1-y)，其中0.5〈χ〈0.95,O≤y≤I ;所述LaxSivxCoyFe1ICVs中La元素:Sr元素:Co元素:Fe元素的物質(zhì)的量比為X: (l-χ):y: (1-y)，其中 0.5〈χ〈0.95,0 ^ y ^ I ;所述 LaxSrhCryCUi—yCVs 中 La 元素:Sr 元素:Cr元素:Cu元素的物質(zhì)的量比為X: (1-x):y: (l-y),其中0.5〈x〈0.95,0 ^ y ^ I ;所述LaxSr1^xCryNi^yO3-S中La元素:Sr元素:Cr元素:Ni元素的物質(zhì)的量比為x: (l-χ):y: (1-y),其中 0.5〈χ〈0.95,0 < y < I ;所述 LaxSivxTiyMrvyCVs 中 La 元素:Sr 元素:Ti 元素:Mn 元素的物質(zhì)的量比為X: (1-x):y: (1-y)，其中0.5<x<0.95，0≤y≤I
中La元素:Sr元素:Ti元素:Fe元素的物質(zhì)的量比為x: (l-χ):y: (1-y)，其中0.5〈χ〈0.95,O^y^l Jy^SSmxCehCVs中Sm素:Ce元素的物質(zhì)的量比為x: (l-χ)，其中O≤x≤0.5 ;所述GdxCei-x02-s中Gd元素:Ce元素的物質(zhì)的量比為X: (l-χ)，其中O≤x≤0.5 ;所述BaxCe1^xO3-S中Ba元素:Ce元素的物質(zhì)的量比為x: (l-x),其中O≤x≤0.5 ;
[0021]五、滴注:將步驟四得到的前驅(qū)體溶液滴注到水平放置的步驟三③得到的干燥的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底上的規(guī)則形狀的模型電極輪廓內(nèi)，使前驅(qū)體溶液在規(guī)則形狀的模型電極輪廓內(nèi)形成厚度為0.01 μ m~100 μ m的液層，得到覆蓋有一層前驅(qū)體溶液的光滑致密平整基底；所述液層的厚度低于規(guī)則形狀的模型電極輪廓的厚度；
[0022]六、揮發(fā)溶劑:將步驟五得到的覆蓋有一層前驅(qū)體溶液的光滑致密平整基底在溫度為20°C~80°C和空氣濕度為50%~90%的條件下?lián)]發(fā)，揮發(fā)時間為IOmin~lOOmin，得到前驅(qū)體溶液沉積層覆蓋的光滑致密平整基底；
[0023]七、燒結(jié):將步驟六得到的前驅(qū)體溶液沉積層覆蓋的光滑致密平整基底在溫度400°C~1600°C的溫度條件下，燒結(jié)20min~400min，得到具有規(guī)則形狀的微納米模型電極。
[0024]本實施方式的優(yōu)點:一、本實施方式將基于廉價的溶液浸潰技術(shù)制備具有同種質(zhì)量的模型電極，本實施方式制備的具有規(guī)則形狀微納米模型電極設(shè)備簡單、成本低廉和制備時間短。二、本實施方式在納米電極形狀控制方面，提出更為廉價和快捷的新型蠟印方法。
[0025]本實施方式制備的具有規(guī)則形狀微納米模型電極將應(yīng)用于航空、航天、機械加工、表面修飾領(lǐng)域。
[0026]本實施方式步驟三中提及的規(guī)則形狀為規(guī)則的平面幾何圖形，例如:圓形、正方形、長方形、橢圓形、三角形和多邊形等。
[0027]本實施方式制備的一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的步驟六中揮發(fā)溶劑的時間最多需要lOOmin，而使用其他方法制備的模型電極需要氣相或液相沉積，沉積時間最短需要5h，因此本發(fā)明制備的一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的制備時間短。
[0028]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同點是:步驟一①中所述的致密基低粉體的粒徑為0.01 μ m~100 μ m。其他步驟與【具體實施方式】一相同。
[0029]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二之一不同點是:步驟一①中所述的球料的質(zhì)量比為(I~5):1。其他步驟與【具體實施方式】一或二相同。
[0030]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同點是:步驟二②中所述的丙酮溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.5%。步驟二②中所述的丙酮溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.5%。其他步驟與【具體實施方式】一至三相同。
[0031]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同點是:步驟三①中所述的繪畫方法的具體操作為:使用半徑為0.1mm~Imm的蠟條在步驟二④得到的氧化處理后的光滑致密平整基底表面畫出厚度為0.01 μ m~100 μ m的具有規(guī)則形狀的模型電極的輪廓。其他步驟與【具體實施方式】一至四相同。
[0032]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同點是:步驟三①中所述的蠟印方法的具體操作步驟為:(I)采用雕刻方法在表面平整度為0.01mm~Imm的平整蠟塊上雕刻出具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓；(2)將步驟二④得到的氧化處理后的光滑致密平整基底在溫度為40°C~80°C的條件下烘烤Imin~20min，得到烘烤后的光滑致密平整基底；(3)在溫度為40°C~60°C的條件下將步驟⑴中印有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的蠟塊平放于步驟(2)得到的烘烤后的光滑致密平整基底表面靜置，靜置時間為0.1min~IOmin0其他步驟與【具體實施方式】一至 五相同。
[0033]采用下述試驗驗證本發(fā)明效果:
[0034]試驗一:、一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的制備方法，具體是按以下步驟完成的:
[0035]一、制備致密平整基底:①將致密基底粉體球磨20h，得到球磨后的致密基底粉體；②將0.25g步驟一①得到的球磨后的致密基底粉體在室溫下和壓力為300MPa的條件下壓成直徑為13mm的坯體；③將步驟一②得到的直徑為13mm的坯體在溫度為1400°C的條件下煅燒4h，得到致密平整基底；所述致密基底粉體為YSZ粉體，其中所述的YSZ粉體化學(xué)式
為 Υ(Ι.ΙΘ^ο.84?- δ ；
[0036]二、拋光:①使用拋光機將步驟一③得到的致密平整基底的一個表面拋光至平整度為0.05 μ m，得到光滑的致密平整基底；②在超聲條件下使用丙酮溶液清洗步驟二①得到的光滑的致密平整基底20min，得到清洗后的光滑致密平整基底；③使用壓縮空氣機將步驟二②得到的清洗后的光滑致密平整基底表面吹干5min，得到干燥清洗后的光滑致密平整基底；④使用臭氧對步驟二③得到的干燥清洗后的光滑致密平整基底進行氧化處理，氧化時間為5min，得到氧化處理后的光滑致密平整基底；
[0037]三、在基底表面制備具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓:①使用繪畫方法或蠟印方法在步驟二④得到的氧化處理后的光滑致密平整基底表面制備具有規(guī)則形狀的模型電極的輪廓，得到具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底；②將步驟三①得到的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底在溫度為35°C的條件下烘烤Imin ;得到烘烤后的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底將步驟三②得到的烘烤后的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底在潔凈室中室溫晾干30min，得到干燥的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底；
[0038]四、配制前驅(qū)體溶液:采用傳統(tǒng)的溶膠-凝膠法配制溶液濃度為0.05mol/L的浸潰溶液，得到前驅(qū)體溶液；所述前驅(qū)體溶液為BaxSrhCoyFehCVs、所述BaxSrhCoyFehCVs中Ba元素:Sr元素:Co元素:Fe元素的物質(zhì)的量比為x: (l-χ):y: (l_y),其中χ=0.5,y=0.5 ；
[0039]五、滴注:將步驟四得到的前驅(qū)體溶液滴注到水平放置的步驟三③得到的干燥的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底上的規(guī)則形狀的模型電極輪廓內(nèi)，使前驅(qū)體溶液在規(guī)則形狀的模型電極輪廓內(nèi)形成厚度為12 μ m的液層，得到覆蓋有一層前驅(qū)體溶液的光滑致密平整基底；所述液層的厚度低于規(guī)則形狀的模型電極輪廓的厚度；
[0040]六、揮發(fā)溶劑:將步驟五得到的覆蓋有一層前驅(qū)體溶液的光滑致密平整基底在溫度為50°C和空氣濕度為59%的條件下?lián)]發(fā)，揮發(fā)時間為18min，得到前驅(qū)體溶液沉積層覆蓋的光滑致密平整基底；
[0041]七、燒結(jié):將步驟六得到的前驅(qū)體溶液沉積層覆蓋的光滑致密平整基底在溫度為900°C的溫度條件下，燒結(jié)20min，得到具有規(guī)則形狀的微納米模型電極。
[0042]本試驗步驟一①中所述的致密基底粉體的粒徑為I μ m。
[0043]本試驗步驟一①中所述的球料的質(zhì)量比為2:1。
[0044]本試驗步驟二②中所述的丙酮溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.5%。
[0045]本試驗步驟三①中所述的蠟印方法的具體操作步驟為:(I)采用雕刻方法在表面平整度為0.05mm的平整蠟塊上雕刻出具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓；(2)將步驟二④得到的氧化處理后的光滑致密平整基底在溫度為60°C的條件下烘烤lOmin，得到烘烤后的光滑致密平整基底；(3)在溫度為50°C的條件下將步驟⑴中印有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的蠟塊平放于步驟(2)得到的烘烤后的光滑致密平整基底表面靜置，靜置時間為5min。
[0046]通過掃描電鏡對本試驗得到的一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的光滑致密平整YSZ基底上的BSCF納米薄膜斷面進行觀察，如圖1所示。圖1是試驗一制備的一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的光滑致密平整YSZ基底上的BSCF納米薄膜斷面放大50000的SEM圖。從圖1可以看出光滑致密平整YSZ基底上有一層致密BSCF薄膜，BSCF薄膜的厚度約為2 μ m。
【權(quán)利要求】
1.一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的制備方法，其特征在于具有規(guī)則形狀微納米模型電極的制備方法具體是按以下步驟完成的: 一、制備致密平整基底:①將致密基底粉體球磨IOh~20h，得到球磨后的致密基底粉體；②將0.1g~0.5g步驟一①得到的球磨后的致密基底粉體在室溫下和壓力為300MPa~600MPa的條件下壓成直徑為13mm~22mm的還體丨③將步驟一②得到的直徑為13mm~22mm的坯體在溫度為1400°C~1600°C的條件下煅燒2h~5h，得到致密平整基底；所述致密基底粉體為YSZ粉體、SDC粉體、GDC粉體或BDC粉體，其中所述的YSZ粉體化學(xué)式為Y0.16ZrQ.8402-s，其中所述的 SDC 粉體化學(xué)式為 SmxCei-x02-s，SmxCei-x02-s 中 O ≤ x ≤ 0.5，其中所述的⑶C粉體化學(xué)式為GdxCei-x02-s，GdxCei-x02-s中O≤X≤0.5，其中所述的BDC粉體化學(xué)式為 BaxCe1≤O3-S，BaxCe1≤O3-S 中 O < x < 0.5 ; 二、拋光:①使用拋光機將步驟一③得到的致密平整基底的一個表面拋光至平整度為0.01 μ m~0.5 μ m，得到光滑的致密平整基底；②在超聲條件下使用丙酮溶液清洗步驟二①得到的光滑的致密平整基底IOmin~30min，得到清洗后的光滑致密平整基底使用壓縮空氣機將步驟二②得到的清洗后的光滑致密平整基底表面吹干Imin~lOmin，得到干燥清洗后的光滑致密平整基底；④使用臭氧對步驟二③得到的干燥清洗后的光滑致密平整基底進行氧化處理，氧化時間為0.1min~lOmin，得到氧化處理后的光滑致密平整基底； 三、在基底表面制備具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓:①使用繪畫方法或蠟印方法在步驟二④得到的氧化處理后的光滑致密平整基底表面制備具有規(guī)則形狀的模型電極的輪廓，得到具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底將步驟三①得到的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底在溫度為20°C~50°C的條件下烘烤0.1min~IOmin ;得到烘烤后的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底；③將步驟三②得到的烘烤后的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底在潔凈室中室溫晾干IOmin~lOOmin，得到干燥的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底； 四、配制前驅(qū)體溶液:采用傳統(tǒng)的溶膠-凝膠法配制溶液濃度為0.01mol/L~.0.lmol/L的浸潰溶液，得到前驅(qū)體溶液；所述前驅(qū)體溶液為BaxSivxCOyFei-y03-s、LaxSivxC;ryMrvy03-s、LaxSr1-xCoyMn1-y03-δ > LaxSr1-xCryFe1-y03-5 > LaxSr1-xCoyFe1-y03-5 >LaxSr 1-xCryCu1-y03-5、LaxSr1≤CryNi 1-y03-5、LaxSr1-xTiyMn1-y03-δ、LaxSr1-xTiyFe1-y03-5、SmxCe1≤x02-δ > GdxCeh02-s 或 BaxCehO"Ba≤ri≤COyFe≤≤s 中 Ba 元素:Sr 元素:Co元素:Fe元素的物質(zhì)的量比為x: (1-x):y: (l-y),其中0.2〈χ〈0.95,0<y；≤0.9;所述LaxSivxCryMrvyCVs中La元素:Sr元素:Cr元素:Mn元素的物質(zhì)的量比為x: (l-x):y: (1-y),其中 0.5〈χ〈0.95,0 < y < I ;所述 LaxSivxCoyMrvyCVs 中 La 元素:Sr 元素:Co 元素:Mn 元素的物質(zhì)的量比為x: (1-x):y: (1-y)，其中0.5〈χ〈0.95,0≤y≤I ;所述中La元素:Sr元素:Cr元素:Fe元素的物質(zhì)的量比為x: (l-x):y: (1-y)，其中0.5〈χ〈0.95,O≤y≤I ;所述LaxSivxCoyFe1ICVs中La元素:Sr元素:Co元素:Fe元素的物質(zhì)的量比為X: (1-x):y: (1-y)，其中 0.5〈χ〈0.95,0 ≤ y ≤ I ;所述 LaxSrhCryCUi—yCVs 中 La 元素:Sr 元素:Cr元素:Cu元素的物質(zhì)的量比為X: (1-x):y: (l-y),其中0.5〈x〈0.95,0 ≤ y ≤ I ;所述LaxSr1≤xCryNi≤yO3-S中La元素:Sr元素:Cr元素:Ni元素的物質(zhì)的量比為x: (l-x):y: (1-y),其中 0.5〈χ〈0.95,0 < y < I ;所述 LaxSivxTiyMrvyCVs 中 La 元素:Sr 元素:Ti 元素:Mn 元素的物質(zhì)的量比為X: (1-x):y: (1-y)，其中0.5<x<0.95，0≤y≤I中La元素:Sr元素:Ti元素:Fe元素的物質(zhì)的量比為x: (l_x):y: (1-y)，其中0.5〈χ〈0.95,O≤y≤l中Sm元素:Ce元素的物質(zhì)的量比為χ: (1_χ)，其中O≤χ≤0.5 ;所述GdxCei_x02_s中Gd元素:Ce元素的物質(zhì)的量比為X: (1-x)，其中O≤x≤0.5 ;所述BaxCe1^xO3-S中Ba元素:Ce元素的物質(zhì)的量比為x: (l_x),其中O≤x≤0.5 ; 五、滴注:將步驟四得到的前驅(qū)體溶液滴注到水平放置的步驟三③得到的干燥的具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的光滑致密平整基底上的規(guī)則形狀的模型電極輪廓內(nèi)，使前驅(qū)體溶液在規(guī)則形狀的模型電極輪廓內(nèi)形成厚度為0.01 μ m~100 μ m的液層，得到覆蓋有一層前驅(qū)體溶液的光滑致密平整基底；所述液層的厚度低于規(guī)則形狀的模型電極輪廓的厚度； 六、揮發(fā)溶劑:將步驟五得到的覆蓋有一層前驅(qū)體溶液的光滑致密平整基底在溫度為20°C~80°C和空氣濕度為50%~90%的條件下?lián)]發(fā)，揮發(fā)時間為IOmin~lOOmin，得到前驅(qū)體溶液沉積層覆蓋的光滑致密平整基底； 七、燒結(jié):將步驟六得到的前驅(qū)體溶液沉積層覆蓋的光滑致密平整基底在溫度為400°C~1600°C的溫度條件下，燒結(jié)20min~400min，得到具有規(guī)則形狀的微納米模型電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的制備方法，其特征在于步驟一①中所述的致密基低粉體的粒徑為0.01 μ m~100 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的制備方法，其特征在于步驟一①中所述的球料的質(zhì)量比為(I~5):1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的制備方法，其特征在于步驟二②中所述的丙酮溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的制備方法，其特征在于步驟三①中所述的繪畫方法的具體操作為:使用半徑為0.1mm~Imm的蠟條在步驟二④得到的氧化處理后的光滑致密平整基底表面畫出厚度為0.01 μ m~100 μ m的具有規(guī)則形狀的模型電極的輪廓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有規(guī)則形狀微納米模型電極的制備方法，其特征在于步驟三①中所述的蠟印方法的具體操作步驟為:(I)采用雕刻方法在表面平整度為0.01mm~Imm的平整蠟塊上雕刻出具有規(guī)則形狀的模型電極輪廓；(2)將步驟二④得到的氧化處理后的光滑致密平整基底在溫度為40°C~80°C的條件下烘烤Imin~20min，得到烘烤后的光滑致密平整基底；(3)在溫度為40°C~60°C的條件下將步驟(1)中印有規(guī)則形狀的模型電極輪廓的蠟塊平放于步驟(2)得到的烘烤后的光滑致密平整基底表面靜置，靜置時間為0.1min~IOmin。
【文檔編號】H01M4/88GK103500840SQ201310493424
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】朱星寶, 呂喆, 袁宇, 魏波, 張耀輝, 黃喜強, 王志紅, 李一倩, 張麗娟, 姜威 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)