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氧离子导体

具有氧离子迁移特性的化合物

氧离子导体是指具有氧离子迁移特性的化合物。主要有两种结构类型：萤石型和钙钛矿型。萤石型化合物的通式为MO2，在掺杂二价或三价氧化物后，晶格内出现氧离子空位，产生氧离子导电性。

简介
氧离子导体是指以氧为传导离子的快离子导体。
结构原理
它们大多是以立方萤石型结构的氧化物为基，如二氧化锆、二氧化铪、二氧化钍、二氧化锗等。经过异价离子置换形成的具有氧缺位的固溶体，其中又以二氧化锆基固溶体研究得最多。
二氧化锆分类
二氧化锆基的固溶体一般分为两类：一类是以二价离子置换Zr，另一类是以三价离子置换Zr，它们在800-1000摄氏度有较高的氧离子电导率。
用途
这类氧离子导体有广泛的用途。如高温燃料电池的固体电解质，还可用以制造钢水定氧、锅炉废气监控以及汽车尾气监控的氧传感器等。
优缺点
二氧化锗基固溶体的电导率较二氧化锆基固溶体稍高，缺点是在还原气氛中易被还原成三氧化二锗，产生电子电导。此外，三氧化二铋基固溶体也是一类氧离子导体，它们是在三氧化二铋中添加二价、三价、五价或六价的金属氧化物形成的。其中有些材料的电导率可比二氧化锗基固溶体高一个数量级，但它们在低氧分压下会部分还原为金属铋，只能在一定的氧分压范围内应用。
类型
主要有两种结构类型：萤石型和钙钛矿型。萤石型化合物的通式为MO2，在掺杂二价或三价氧化物后，晶格内出现氧离子空位，产生氧离子导电性。除ZrO2基和ThO2基固溶体外，尚有CeO2基和Bi2O3基固溶体，在高温时有比ZrO2基固溶体更高的电导率，但在还原气氛下易被还原。钙钛矿型氧离子导体为掺杂ABO3型化合物，氧离子电导率和离子迁移数皆较ZrO2基固溶体低。
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