[发明专利]一种超晶格电解质的制备工艺

摘要

本发明公开了一种超晶格电解质的制备工艺，采用脉冲激光沉积法，这种方法易制多层膜，只需通过简单的换靶就可以，反应迅速，生长快。而且靶材容易制备，不需加热，易于在较低温度下原位生长取向一致的结构和外延单晶膜。本制备工艺可有效降低固体氧化物燃料电池的操作温度，在单侧抛光的MgO基底上制备(SDC/YSZ)_N超晶格薄膜，(SDC/YSZ)_N这种超晶格薄膜在300-500℃之间，其电导活化能最小值为0.76eV，在300℃时测得的电导率比体材料的电导率提高了三个数量级，有效降低了电池的工作温度，有利于延长电池的使用寿命。

主权项

一种超晶格电解质的制备工艺，其特征是：采用脉冲激光溅射仪，其腔室内装有四个独立靶位，激光器为脉冲准分子激光器，溅射靶材使用的是纯度为99％‑99.9999％的YSZ，即0.08Y₂O₃：0.92ZrO₂，其尺寸为φ30.8×4.0mm‑φ60.8×6.0mm和纯度为99％‑99.9999％的SDC，即Ce_0.8Sm_0.2O_2‑δ，其尺寸为φ30.8×4.0mm‑φ60.8×6.0mm，基底为MgO，单侧抛光，(110)晶向，其尺寸为5×5×0.3mm‑15×15×0.8mm，将所述YSZ靶材、SDC靶材和单侧抛光的MgO基底固定在相应样品架上，基底和YSZ靶材、SDC靶材的距离为3cm‑8cm，激光器工作模式为恒压27KV，激光能量在650‑690mJ，频率为5Hz，溅射前需除去靶材表面氧化层和其它杂质，然后打开挡板开始溅射，通过调节激光的能量以及脉冲次数来控制薄膜的厚度，调整高纯Ar和O₂气体流量比来达到所需溅射氧气含量，氧分压为3‑5Pa，在MgO基底上交替溅射YSZ靶材和SDC靶材，然后将样品在500‑1500℃下热处理1‑3h，形成(SDC/YSZ)_N超晶格电解质薄膜，N是超晶格的周期数，N＝1‑50。