稀有金属快报
Y,O3掺杂ZrO,基电解质材料的
离子传导性能及研究进展
张强，林振汉，唐辉，王欣
（上海大学，上海200072）
维警资讯b
摘要：纯二氧化错掺杂了与错离子半径相近的低价阳离子后，会产生较多氧空穴，可以实现离子导电。其中 Y,O，掺杂ZrO,基电解质材料有着优越的离子传导能力，它已经被广泛的应用到传感器和固体电解质上。介绍了Y,O,掺杂ZrO,基电解质材料导电的机理，简述了YSZ材料以及多元掺杂的ZrO,基电解质材料的研究进展。关键词：8YSZ：电导率：空穴：掺杂
中图法分类号：TC146.414
文献标识码：A
氧化锆是一种十分重要的结构和功能材料，它具有非常优异的物理和化学性能。特别因其低的导热性能和好的抗震性能，已被广泛应用到工业各领域中。当在ZrO,中掺杂YO，等氧化物后，其原有的点阵有序排列被破坏，产生大量的氧空穴，从而成为一种离子导电体。因此被用做固体电解质和氧传感器等)。本文在简述ZrO,掺杂氧化物离子传导机理的基础上，介绍了YSZ材料及多元掺杂 ZrO,基电解质材料的发展现状。
1二氧化锆的结构及掺杂氧化物导电
的机理
纯Zr0,在2370~2680℃的范围内为稳定的立方董石结构，如图1所示。阳离子形成面心立方紧密堆积，阴离子也为筒单的立方堆积，阳离子处于阴离子简单立方体的体心位置，其配位数为8。阴离子处于阳离子四面体中心位置，其配位数为4。在阴离子形成的简单立方体中，只有半体心位置被阳离子占据，因此，单位晶胞中心有个很大的空隙。从导电角度来看，这种空隙的存在有利于离
收稿日期：2007-11-07
文章编号：1008-5939(2008)03-001-05
Zr
oo
图1ZrO,的立方相结构示意图
Fig.1Structural schematic diagram of the cubic ZrO,
子的运动。
ZrO,有3种晶型结构：单斜(M)、四方(T)和立方(c)晶型。其晶型变化如下。
1170℃
2317℃
2715℃
二立方Zro.
四方Zro.
一液体
单斜ZrO，
这些相变导致很大的体积效应，如加热至 1170℃时，单斜晶转变为四方晶，体积收缩7%~ 9%；在冷却过程中，其结果则相反。四方晶向立方晶转变也会出现类似的情况。加上材料的导热系数小，热膨胀系数大，使得纯ZrO，的抗热震性极差而无法直接使用。
作者简介：张强，男，1981年生，硕士研究生，上海大学锆材料研究中心，上海200072，电话：13052275214，
Email: utzircob@126.com