Nanostructured samaria-doped ceria with improved grain-boundary conductivity via SPS and post-SPS annealing

Abstract

The 90 nm grained Ce₀,₈Sm₀,₂O₁,₉ (SDC) ceramic with relative density of 97% was consolidated via SPS at 1050—1150 °C. The total conductivity values of 0,0079—0,0115 S/cm at 600 °C were obtained. A new approach to improve the grain-boundary conductivity of SDC nano-ceramic has been suggested. The applying of post-SPS low-temperature annealing enabled to decrease the grain-boundary resistance for 1/3, just slight increase in average grain size which avoid increasing of bulk resistance and as a result increase the total conductivity for almost 50%. In addition the SPS followed with post-SPS annealing was shown to be very useful in precise manipulation by the grain size/grain boundary quality/ceramic density, which in turn allow significant property enhancement of nanostructured SDC solid electrolytes.

КерамікаCe₀,₈Sm₀,₂O₁,₉ (SDC) з середнім розміром зерна 90 нм та відносною щільністю 97% отримана іскроплазмовим спіканням (ІПС) при температурі 1050—1150 °С. Загальна електрична провідність щільного матеріалу становила 0,0079—0,0115 См/см при 600 °С. Запропоновано новий підхід до поліпшення зернограничної провідності нанокераміки SDC. Застосування низькотемпера-турного відпалу після спікання методом ІПС дозволило знизити опір границь зерна на 1/3 при незначному збільшенні їх середнього розміру. Показано, що відпал після ІПС є ефективним методом контролю якості границь зерен, розміру зерна та щільності. Це дозволяє підвищити функціональні властивості твердого електроліту SDC.

Керамика Ce₀,₈Sm₀,₂O₁,₉ (SDC) со средним размером зерна 90 нм и относительной плотностью 97% получена искроплазменным спеканием (ИПС) при температуре 1050—1150 °С. Общая электрическая проводимость плотного материала соста-вила 0,0079—0,0115 См/см при 600 °С. Предложен новый подход к улучшению зернограничной проводимости нанокерамики SDC. Применение низкотемпера-турного отжига после спекания методом ИПС позволило снизить сопротивление границ зерна на 1/3 при незначительном увеличении их среднего размера. Показано, что отжиг после ИПС является эффективным методом контроля качества границ зерен, размера зерна и плотности. Это позволяет повысить функциональные свойства твердого электролита SDC.