氧化钇稳定氧化锆的计算研究：II. 阳离子扩散
材料科学
2017-04-24 v3
摘要
立方氧化钇稳定氧化锆广泛用于工业电化学器件。尽管其快速的氧离子扩散已被很好理解，但为何阳离子扩散慢得多——其激活能（~5 eV）是阴离子扩散的10倍——仍是一个谜。实际上，所有先前的计算研究均预测形成阳离子缺陷需要超过5 eV，移动一个还需另5 eV。相反，我们的第一性原理计算正确预测了实验观测到的阳离子扩散率。我们发现肖特基对(Schottky pairs)是提供阳离子空位的主要缺陷，其局域环境与迁移路径由堆积偏好决定。当阳离子与相邻空位交换位置时，它经过一个空的间隙位并严重位移两个氧邻居，缩短了Zr-O距离。这导致对迁移阳离子的短程排斥以及对周围的长程扰动，解释了为何阳离子扩散相对困难。相比之下，立方氧化锆中迁移的氧仅极小扰动相邻的Zr，这解释了为何它是快速的氧导体。
引用
@article{arxiv.1701.05679,
title = {A Computational Study of Yttria-Stabilized Zirconia: II. Cation Diffusion},
author = {Yanhao Dong and Liang Qi and Ju Li and I-Wei Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1701.05679},
year = {2017}
}