【正文】 知： Zeta 電位是對(duì)顆粒之間相互排斥或吸引力的強(qiáng)度的度量。它們之間的函數(shù)關(guān)系為 [24]： ω=（ C*ζ*ε*U*t） /(4*π*η*d) (31) 其中 ζ為 Zeta 電位， ε為懸浮液的介電常數(shù)， η為懸浮液的動(dòng)力學(xué)粘度。 聚丙烯酸含量對(duì)致密層致密性的影響 為了考察實(shí)驗(yàn)條件中聚丙烯酸含量對(duì)致密層的致密度的影響，采用 SEM 二次電子對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表面形貌和顆粒尺寸分析 。 由 圖 35 中我們可以看出，當(dāng)硬脂酸鋁的含量等于 0%時(shí)， 晶粒與晶粒之間的間隙非常的小，當(dāng)硬脂酸鋁的含量等于 %、 %和 %時(shí)，晶粒與晶粒南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 之間的距離看起來是差不多的，當(dāng)硬脂酸鋁的含量等于 1%時(shí)，晶粒與晶粒之間的距離比較大，從 SEM 圖片中我們可以看出，多孔層的電泳沉積產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)比較的疏松。 圖 36 βAl2O3 復(fù)合電解質(zhì) 的微觀結(jié)構(gòu)圖 用四電極法測(cè)試 復(fù)合電解質(zhì) 的電導(dǎo)率 βAl2O3電導(dǎo)率與加熱溫度的關(guān)系如圖 38 所示： 第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 26 012341000T1?? ???ln??????Scm??? 圖 38 βAl2O3電導(dǎo)率與加熱溫度的關(guān)系 由圖 38 我們可以得知：加熱溫度在 250～ 500℃ 之間時(shí)， βAl2O3的電導(dǎo)率是隨著加熱溫度的升高而增大的，這說明在加熱過程中， Na+通過 βAl2O3復(fù)合電解質(zhì)的數(shù)量越 來越多 ， βAl2O3復(fù)合電解質(zhì)的電阻越來越小， βAl2O3復(fù)合電解質(zhì)的導(dǎo)電性越來越好 。 . Stability and Electrophoretic Deposition of Suspensions in Nonaqueous Media,[J].Discuss,Faraday Soc.,1954,(18)； 52~62. [11] amp。沒有他們的幫助和支持是沒有辦法完成我的學(xué)士學(xué)位論文的。不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué) 術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。 （ 2）在制備 βAl2O3復(fù)合電解質(zhì)時(shí)，選擇的沉積時(shí)間是 300S，沉積場(chǎng)強(qiáng)為200V/3cm. （ 3） 在制備 在 βAl2O3 復(fù)合電解質(zhì) 過程中， 加入 1%的硬脂酸鋁 時(shí)， 多孔層 微觀結(jié)構(gòu)更好。 βAl2O3 復(fù)合電解質(zhì) βAl2O3復(fù)合電解質(zhì) 的結(jié)構(gòu) 分析 為了考察 βAl2O3復(fù)合電解質(zhì) 的結(jié)構(gòu) ，采用 SEM 二次電子對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表面形貌和顆粒尺寸分析。 因?yàn)?（ a）圖中 聚丙烯酸含量 =0%， (b) 圖中聚丙烯酸含量 =%， (c)圖中聚丙烯酸含量 =5%， (d) 聚丙烯酸含量 =%。反映到本實(shí)驗(yàn)，電壓升高，沉積層的厚度變大。 三乙醇 胺含量對(duì)多孔層懸浮液的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)如表 32 所示 ： 表 32 三乙醇胺含量對(duì)多孔層懸浮液的影響 0% 5% 10% 15% 20% pH Zeta 電位 /mV 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 懸浮液中三乙醇胺含量不同時(shí)懸浮液的 Zeta 電位如圖 33 所示： 0% 5% 10% 15% 20%30405060Zeta電位/mVTEA含量 圖 33不同三乙醇胺含量懸浮液的 Zeta電位 由 圖 33 可知：當(dāng)懸浮液中的三乙醇胺的含量小于 10%時(shí) ，懸浮液的 Zeta電位是隨著三乙醇胺含量的增加而增加，當(dāng)懸浮液中的三乙醇胺的含量大于 10%時(shí)，懸浮液的 Zeta 電位是隨著三乙醇胺含量的增加而減少，當(dāng)懸浮液中的三乙醇胺的含量等于 10%時(shí)，懸浮液的 Zeta 電位存在最大值。 pH 的測(cè)定均在懸浮液離心后實(shí)施。通過掃描電鏡照片，可以清楚得觀察粉末材料的大小，均勻性。 B. 添加硬脂酸鋁： （ 1）硬脂酸鋁 = g， g， ， 。 B. 添加聚丙烯酸： （ 1）聚丙烯酸 = g， g， 。 （ 2）硬脂酸鋁 =。 （ 2）正戊醇 =10 ml。 （ 5）致密層在場(chǎng)強(qiáng)為 200V/3cm 條件下電泳沉積 5min，多孔層在場(chǎng)強(qiáng)為200V/3cm條件下電泳沉積 4min。 （ 11）用自封袋裝好，貼上標(biāo)簽后備用。 （ 3）用 120 目的篩子過篩后烘干。 陳化時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，粉體堆砌比較疏松。此時(shí)如果補(bǔ)加助磨劑，及時(shí)在新生細(xì)顆粒表 面生成單層吸附，則可打破粉碎速率與團(tuán)聚速率之間的平衡，使粉碎作用重新壓過團(tuán)聚作用，顆粒得以繼續(xù)細(xì)化。材料的 層厚 不 均勻及層間界面不明析表明沉積過程缺乏控制 。 1600℃ 下涂層的失效主要是由于長(zhǎng)時(shí)間的氧化揮發(fā)后 SiCn 涂層表面氧化所形成的 SiO2膜不能完全封填表面缺陷，涂層中產(chǎn)生了貫穿性的空隙所致 [13]。用于 SOFC 的電解質(zhì)材料主要 是鋯 基 以及 多元復(fù)合氧化物。斥力勢(shì)能和引力勢(shì)能既與粒子的大小和粒子間距有關(guān)，又受到電解質(zhì)濃度的影響，適當(dāng)調(diào)整電解質(zhì)的濃度，可以得到相對(duì)穩(wěn)定的膠體體系。 (X)可以同正離子反應(yīng)，它和 Y+結(jié)合增加了體系中 YX 的濃度，同時(shí)減少了 T+和 X 的濃度，即 Y++（ X） 雙 →YX 。 Kolmans 和 Overbeck[10]在研究極性有機(jī)介質(zhì)對(duì) EPD 的作用之后，根據(jù)DLVO 理論中電解質(zhì)濃度的增加可以誘發(fā)體系聚沉的觀點(diǎn)，提出了電泳沉積的電化學(xué)機(jī)理?？捎孟铝胁牧现瞥呻姡轰\、鉛、鋁、不銹鋼、石墨等。 (4) 電滲：在電場(chǎng)的影響下， 帶電荷的液體對(duì)攜帶相反電荷的固定介質(zhì)進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。 β 23l??電解質(zhì) 在鈉 硫 電池中的應(yīng)用 NaS 電 池是非固態(tài)型的電池，電池的負(fù)極和正極分別用液態(tài)的 Na 和 S，電池的形式為 W 或 Mo | Na（ 1） |β 23l??（ s） 或 β 23l??|S（ 1） |W 或 Mo（工作溫度 300～350℃ ） [8]。 本研究將 β 23l??固體電解質(zhì)結(jié)構(gòu)改為復(fù)合式 ，由致密 層和 多孔 基體層組成。致密性對(duì)材料晶界電阻的影響極大，因此，提高材料致密度是獲得低電阻固體電解質(zhì)的有效途徑。單相低阻值的 β″ 23l??電解質(zhì)將會(huì)增加電池的功率密度。固體電解質(zhì)又稱快離子導(dǎo)體或超離子導(dǎo)體，我們傾向于采用快離子導(dǎo)體 [2]。電解質(zhì)的電阻又與電解質(zhì)的種類和結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。 本實(shí)驗(yàn)以 βAl2O3 粉料和 摻 雜1%TiO2 的 βAl2O3 粉料為 主要 原料，正戊醇為溶劑，三乙醇胺為分 散劑，硬脂酸鋁為多孔層的造孔劑，用電泳沉積法制備 βAl2O3復(fù)合電解質(zhì)。 復(fù)合電解質(zhì)由致密層與多孔層構(gòu)成，通過本實(shí)驗(yàn)得知：在沉積電壓為 200V和沉積時(shí)間為 300S、三乙醇胺的加入量為 βAl2O3粉料質(zhì)量的 10%時(shí)，致密層結(jié)晶完善，粒徑 均勻 ，致密度高；在復(fù)合層中加入 βAl2O3粉料質(zhì)量 1%的硬脂酸鋁，進(jìn)行共沉積，燒結(jié)過程中硬脂酸鋁分解，可以使晶粒細(xì)化，并形成 均勻 的空隙。由于多孔型復(fù)合結(jié)構(gòu)的固體電解質(zhì)電阻小，特別是鈉氯化鎳電池及鈉硫電池中的鈉離子容易通過多孔型復(fù)合結(jié)構(gòu)的固體電解質(zhì)中的小孔，導(dǎo)致電解質(zhì)的電阻就很小 ，所以現(xiàn)在 需要制備這種多孔型復(fù)合結(jié)構(gòu)的固體電解質(zhì)， β 23l??固體電解質(zhì)就是其中的一種多孔型復(fù)合結(jié)構(gòu)固體電解質(zhì)。 固體電解質(zhì)的特點(diǎn) 固體電解質(zhì)的主要特征是離子具有類似于液體的快速遷移性 [3]。同時(shí)，高致密度、均一細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)有利于提高電池可靠性和壽命。為獲得高致密度材料，往往要提高材料燒結(jié)溫度，但 β 23l??固體電解質(zhì)在高溫時(shí)容易造成鈉離子流失，并發(fā)生晶型轉(zhuǎn)化為 β 23l??，因此燒結(jié)溫度就被局限到特定溫度而不能一味提高。多孔基體允許鈉離子自由通過，實(shí)際電阻取決于致密 β 23l??層。 電泳沉積的機(jī)理 電泳沉積的定義 電泳沉積在膠體溶液中對(duì)電極施加電壓時(shí)，膠體粒子移向電極表面放電而形成沉積層的過程?？梢愿淖儙щ婋x子在電泳中的移動(dòng)速度甚至方向。電泳沉積用的膠體漿料必須是穩(wěn)定的懸浮體，就是說陶瓷粉體顆粒應(yīng)均勻分散在介質(zhì)中，而不是團(tuán)聚在一起，這樣才能獨(dú)立地移至反向電極，或者說懸浮的顆粒要有高的電泳遷移性。他們計(jì)算沉積電極附近電解質(zhì)的濃度，并將結(jié)果用聚沉所需要的濃度值進(jìn)行比較之 后，認(rèn)為在外加電場(chǎng)的作用下，膠體懸浮液之所以能產(chǎn)生沉積是因?yàn)殡娊赓|(zhì)濃度的增加，其結(jié)果相當(dāng)于降低了電極附近的電位，從而使粒子絮凝。 YX 沿其濃度梯度方向從懸浮液本體產(chǎn)生擴(kuò)散而不產(chǎn)生沉積，這樣 K 就任然是常數(shù)。由于膠體粒子是帶電的，當(dāng)施加外電場(chǎng)時(shí)，膠體粒子發(fā)生定向移動(dòng)，使電極附近電解質(zhì)濃度增加，其結(jié)果相當(dāng)于降低了電極附近的 ζ電勢(shì)，從而可誘發(fā)膠體體 系的聚沉，使粒子在作為電極的試樣表面發(fā)生沉積。 Y2O3穩(wěn)定的 ZrO2 (YSZ)在較寬的氧分壓范圍內(nèi)有較高的離子電導(dǎo)率，并且化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高，是目前 SOFC 中普遍采用的電解質(zhì)材料。 第一章 文獻(xiàn)綜述 8 電泳沉積多孔羥基磷灰石涂層的應(yīng)用 電泳沉積是懸浮液中帶電的固體微粒在電場(chǎng)作用下發(fā)生定向移動(dòng)并在電極表面形成沉積層的過程，是近年來應(yīng)用于制備金屬基體 HA 生物陶瓷的一種新方法，具有許多顯著地優(yōu)點(diǎn)。 電泳沉積在功能陶瓷中的應(yīng)用 采用電泳沉積與反應(yīng)燒結(jié)相結(jié)合技術(shù)制備了 ZrO2/ 23l??和 SiC/ 23l??陶瓷復(fù)合涂層?？梢娭┰诠滔啾砻嫘纬蓡螌游剿枰募尤肓侩S顆粒的逐步細(xì)化而逐漸增大。另外一面，不同尺寸顆粒的堆積本身就會(huì)有不同的沉積致密度， 大小均勻的顆粒的沉積并不能得到較高致密度的涂層，當(dāng)顆粒配級(jí)合適 時(shí)，沉積顆粒間空隙較少，涂層不會(huì)開裂 [19]。 粉體制備 電泳沉積成型 固含量選擇 電壓選擇 體系選擇 懸浮液制備 （加入造孔劑） 脫模干燥、燒結(jié) Zeta電位 粘度 穩(wěn)定性、防止開裂 添加劑 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 （ 4）烘干后研磨。 摻 雜 1%TiO2的 βAl2O3粉料的制備（ 2粉料） 制備 2粉料的配比與制備 βAl2O3粉料的配比基本一致，只是另加入了 1粉料總質(zhì)量 1%的 TiO2。 （ 6） 在空氣干燥后在 1580℃ 條件下燒結(jié)成形 。 （ 3） 2粉料 =。 （ 3）正戊醇 =10 ml。 （ 2）三乙醇胺 =0. 30g。 （ 2）三乙醇胺 =0. 4g。在較高放電倍數(shù)的情況下，可以觀察顆粒的組成。 pH 計(jì)測(cè)得 pH 稱為可操作 pH，有別于真實(shí)的 pH 值（質(zhì)子在無水乙醇中的活度的負(fù)對(duì)數(shù)） [21]。 根據(jù)膠體化學(xué)理論可知懸浮液的 Zeta 電位越大，懸浮液就越穩(wěn)定。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表 33 所示 ： 第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 22 表 33 多孔層電泳動(dòng)力學(xué) 場(chǎng)強(qiáng) V/cm 100V/3cm 200V/3cm 300V/3cm 時(shí)間 /S 厚度 /mm 60 120 180 240 300 360 由以上數(shù)據(jù)我們可以得出圖 34： 50 100 150 200 250 300 350 400100V/3cm200V/3cmThickness / mmTimes/S300V/3cm 圖 34 沉積厚度與沉積時(shí)間和沉積電壓的關(guān)系圖 從圖 34 上可以得出以下兩個(gè)結(jié)論： （ 1）在其它工藝條件不變的情況下，沉積厚度與沉積時(shí)間呈正比關(guān)系； （ 2） 在其它工藝條件不變的情況下，沉積厚度與沉積電壓呈正比關(guān)系。所以，我們可以得出：致密層的聚丙烯酸的含量越少，致密層的致密度就越好，當(dāng)聚丙烯酸的含量為零時(shí)，致密層的致密度非常的好，晶粒的大小比較均勻。圖 36 所表示的是 βAl2O3復(fù)合電解質(zhì) 的 SEM 圖片 ， 從圖片中可以看出： 可以看出 βAl2O3 復(fù)合電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)是一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，致密層和多孔層有明顯的分界線。 （ 4） βAl2O3復(fù)合電解質(zhì)的電導(dǎo)率隨著溫度 的升高而增加 。本論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此特別感謝魏曉玲師姐的指導(dǎo)和幫助；感謝實(shí)驗(yàn)室的單世界、夏怡等師兄師姐的指導(dǎo)和幫助。. The Role of the Forces between the Particles in Electodeposition and Other Phenomena.[J]. Soc.,1840,(36) ；180~185. [10] amp。相對(duì)于致密 層， Na+更容易通過多孔層，從而提高了 βAl2O3復(fù)合電解質(zhì)的電導(dǎo)率。 以下 5 幅圖所表示的是不同硬脂酸鋁含量的多孔層電泳沉積產(chǎn)物的 SEM 圖片： A B C D E 圖 36（ A） 硬脂酸鋁含量 =0%， (B) 硬脂酸鋁含量 =%， (C)