[PDF]    http://dx.doi.org/10.3952/lithjphys.49309

Open access article / Atviros prieigos straipsnis

Lith. J. Phys. 49, 311–316 (2009)


XPS AND IMPEDANCE SPECTROSCOPY OF Gd DOPED CeO2 SUPERIONIC CERAMICS
T. Šalkusa, V. Venckutėa, E. Kazakevičiusa, V. Kazlauskienėb, J. Miškinisb, A. Kežionisa, V. Kunigėlisa, and A.F. Orliukasa
aFaculty of Physics, Vilnius University, Saulėtekio 9, LT-10222 Vilnius, Lithuania
E-mail: tomas.salkus@ff.vu.lt
bInstitute of Materials Science and Applied Research, Vilnius University, Naugarduko 24, LT-03225 Vilnius, Lithuania

Received 5 June 2009; revised 9 September 2009; accepted 15 September 2009

Ce0.9Gd0.1O1.95 (CGO-10) and Ce0.8Gd0.2O1.9 (CGO-20) ceramics have been sintered by using commercial powders of Fuel Cell Materials company. The powders of different surface area (BET [m2/g]) were used to prepare the ceramics. Elemental compositions of CGO solid electrolytes' surfaces have been investigated in 10–7 Pa vacuum by X-ray photoelectron spectroscopy and the ratio Ce4+/Ce3+ has been estimated. Electrical parameters of CGO ceramics were investigated in the frequency range from 1 MHz to 1.2 GHz. Temperature-dependant bulk ionic conductivity (σb) was found to follow the Arrhenius law. Ionic conductivity of CGO-10 was higher compared to that of CGO-20. The bulk ionic conductivity of CGO-10 ceramics slightly depended on the grain size of initial powder.
Keywords: CeO2, ceramics, XPS, ionic conductivity
PACS: 61.10.Nz, 66.30.Hs, 81.05.Je, 82.45.Yz


CeO2 SU Gd PRIEDU SUPERJONINIŲ KERAMIKŲ RENTGENO SPINDULIŲ FOTOELEKTRONINIAI IR IMPEDANSINIAI SPEKTRAI

T. Šalkusa, V. Venckutėa, E. Kazakevičiusa, V. Kazlauskienėb, J. Miškinisb, A. Kežionisa, V. Kunigėlisa, A.F. Orliukasa
aVilniaus universiteto Fizikos fakultetas, Vilnius, Lietuva
bVilniaus universiteto Medžiagotyros ir taikomųjų mokslų institutas, Vilnius, Lietuva

Tiriamos kepintos CGO-10 ir CGO-20 keramikos. Joms gaminti buvo pasirinkti milteliai su skirtingu grūdelių paviršiaus plotu (BET [m2/g]). Elementinė CGO kietųjų elektrolitų sudėtis buvo tiriama 10–7 Pa vakuume Rentgeno spinduliais sužadintų fotoelektronų spektroskopijos metodu, buvo nustatomas Ce4+/Ce3+ santykis bandinių paviršiuje. Elektriniai CGO keramikų parametrai tirti dažniuose nuo 1 MHz iki 1 GHz. Šiame intervale galima išskirti kristalitinį keramikų laidį (σb). Keičiant temperatūrą, σb kinta pagal Arenijaus dėsnį. Kristalitinis CGO-10 keramikų laidis nežymiai priklauso nuo miltelių, iš kurių buvo gaminamos keramikos, grūdelių dydžių. Iš didžiausią paviršiaus plotą turinčių miltelių buvo pagaminta didžiausiu kristalitiniu laidžiu pasižyminti CGO-10 keramika, jos kristalitinio laidžio aktyvacijos energija Δ\DeltaEb = 0,66 eV. CGO-20 laidis palyginus su CGO-10 yra mažesnis, o aktyvacijos energija didesnė, Δ\DeltaEb = 0,78 eV.


References / Nuorodos


[1] M. Yashima, S. Kobayashi, and T. Yasui, Solid State Ionics 177, 211–215 (2006),
http://dx.doi.org/10.1016/j.ssi.2005.10.033
[2] G. Chiodelli, L. Malavasi, V. Massarotti, P. Mustarelli, and E. Quartarone, Solid State Ionics 176, 1505–1512 (2005),
http://dx.doi.org/10.1016/j.ssi.2005.03.017
[3] T. Matsui, M. Inaba, A. Mineshige, and Z. Ogumi, Solid State Ionics 176, 647–654 (2005),
http://dx.doi.org/10.1016/j.ssi.2004.10.011
[4] S.H. Chan, X.J. Chen, and K.A. Khor, Solid State Ionics 158, 29–43 (2003),
http://dx.doi.org/10.1016/S0167-2738(02)00758-0
[5] B. Rösch, H. Tu, A.O. Störmer, A.C. Müller, and U. Stimming, Solid State Ionics 175, 113–117 (2004),
http://dx.doi.org/10.1016/j.ssi.2004.09.022
[6] D. Pérez-Coll, P. Núñez, J.C.C. Abrantes, D.P. Fagg, V.V. Kharton, and J.R. Frade, Solid State Ionics 176, 2799–2805 (2005),
http://dx.doi.org/10.1016/j.ssi.2005.06.023
[7] G. Brauer and H.Z. Gradinger, Anorg. Allg. Chem. 276, 209 (1954),
http://dx.doi.org/10.1002/zaac.19542760502
[8] C. Xia and M. Liu, Solid State Ionics 152–153, 423–430 (2002),
http://dx.doi.org/10.1016/S0167-2738(02)00381-8
[9] M. Dudek, M. Mróz, Ł. Zych, and E. Drożdż-Cieśla, Mater. Sci. Poland 26, 319–330 (2008),
http://www.materialsscience.pwr.wroc.pl/index.php?id=5&vol=vol26no2&abst=0#a0
[10] R. Sobiestianskas, A. Dindune, Z. Kanepe, J. Ronis, A. Kežionis, E. Kazakevičius, and A. Orliukas, Mater. Sci. Eng. B 76, 184–192 (2000),
http://dx.doi.org/10.1016/S0921-5107(00)00437-2
[11] W. Bogusz, J.R. Dygas, F. Krok, A. Kezionis, R. Sobiestianskas, E. Kazakevicius, and A. Orliukas, Phys. Status Solidi A 183, 323–330 (2001),
http://dx.doi.org/10.1002/1521-396X(200102)183:2<323::AID-PSSA323>3.0.CO;2-6
[12] A.F. Orliukas, A. Kezionis, and E. Kazakevicius, Solid State Ionics 176, 2037–2043 (2005),
http://dx.doi.org/10.1016/j.ssi.2004.08.042
[13] Feng Zhang, Peng Wang, J. Koberstein, S. Khalid, and Siu-Wai Chan, Surf. Sci. 563, 74–82 (2004),
http://dx.doi.org/10.1016/j.susc.2004.05.138
[14] C.D. Wagner, W.M. Riggs, L.E. Davis, and J.F. Moulder, Handbook of X-Ray Photoelectron Spectroscopy (Perkin–Elmer Corporation, Minnesota, 1979)
[15] E. Rossinyol, E. Pellicer, A. Prim, S. Estradé, J. Arbiol, F. Peiró, A. Cornet, and J.R. Morante, J. Nanopart. Res. 10(2), 369–375 (2008),
http://dx.doi.org/10.1007/s11051-007-9257-z
[16] J.L.M. Rupp, T. Drobek, A. Rossi, and L.J. Gauckler, Chem. Mater. 19(5), 1134–1142 (2007),
http://dx.doi.org/10.1021/cm061449f
[17] N.V. Skorodumova, S.I. Simak, B.I. Lundqvist, I.A. Abrikosov, and B. Johansson, Phys. Rev. Lett. 89(16), 166601 (2002),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.89.166601
[18] Qing Xu, Duan-ping Huang, Wen Chen, Hao Wang, Bi-tao Wang, and Run-zhang Yuan, Appl. Surf. Sci. 228, 110–114 (2004),
http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2003.12.030
[19] J.P. Holgado, G. Munuera, J.P. Espinós, and A.R. Gonźalez-Elipe, Appl. Surf. Sci. 158, 164–171 (2000),
http://dx.doi.org/10.1016/S0169-4332(99)00597-8
[20] D. Bera, S.V.N.T. Kuchibhatla, S. Azad, L. Saraf, C.M. Wang, V. Shutthanandan, P Nachimuthu, D.E. McCready, M.H. Engelhard, O.A. Marina, D.R. Baer, S. Seal, and S. Thevuthasan, Thin Solid Films 516, 6088–6094 (2008),
http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2007.11.007
[21] M. Mogensen, N.M. Sammes, and G.A. Tompsett, Solid State Ionics 129, 63–94 (2000),
http://dx.doi.org/10.1016/S0167-2738(99)00318-5