Effekten av metallnanoutfellinger på bulk- og korngrenseledningsevnen i Y-dopet BaZrO3

Abstract

Tidligere studier har vist at Y-dopet BaZrO3 er en lovende protonleder, ettersom den kombinerer høy bulkledningsevne med god kjemisk stabilitet. Problemet med dette materialet er svært resistive korngrenser som resulterer i lav total protonledningsevne. Derfor er det nødvendig å finne løsning som kan forbedre korngrenseledningsevnen. I tidligere studier ble det rapportert både en økning og en reduksjon i ledningsevnen ved introduksjon av metalliske nanopartikler. Derfor ble det valgt å studere effekten av nanoutfellinger av Ni- og Pt-metall. I denne oppgaven ble de elektriske egenskapene til prøver med og uten Pt og nikkel studert ved hjelp av impedansspektroskopi som funksjon av temperatur, og . videre ble prøvene karakterisert med XRD, SEM og TEM. Elektriske målinger viste at ledningsevnen var dominert av protonledningsevne ved temperaturer under 600 °C under fuktige betingelser. Allerede ved 600 °C gir elektronhull noe bidrag til ledningsevnen. Under tørre, oksiderende betingelser er ledningsevnen dominert av elektronhull ved temperaturer over 400 °C, mens oksygenvakanser dominerer ledningsevnen ved tørre, reduserende betingelser. I temperaturintervallet 150 – 350 °C, der konsentrasjonen av defekter kan antas låst inn, ble aktiveringsenergiene til ledningsevnen i bulk bestemt til 46, 34 og 45 kJ/mol for hhv. prøvene med hhv. Ni og Pt og umodifisert BaZrO3. Aktiveringsenergiene for korngrenseledningsevnen ble bestemt til hhv. 79, 63 og 62 kJ/mol. Basert på de utførte elektriske målingene, ble det observer at både bulk- og korngrenseledningsevnen var høyere for prøver som inneholdt Ni og Pt. Dette kan skyldes utfellinger av metalliske nanopartikler. Ettersom forholdet mellom bulk- og korngrenseledningsevnen økte med økende , indikerer dette at Schottkybarrierehøyden øker i fuktige betingelser grunnet hydratisering av korngrensekjernen, som beskrevet i litteraturen.