低温下质子传导陶瓷中的原位非平衡纳米力学
材料科学
2021-09-30 v2
摘要
纳米结构质子传导陶瓷(PCCs)作为中温质子导体已引起相当关注。质子传导过程中的结构动力学，尤其在晶界处，对纳米结构 PCCs 的稳定性和质子传输至关重要。一个常见假设是 PCCs 在低工作温度下结构稳定；然而，材料的多晶性、吸收以及反应性工作条件迄今阻碍了通过纳米分辨原位结构测量来验证该假设。在此，在典型 PCC BaZr0.8Y0.2O3-d 中，结构稳定的前提被证明在低至 200 {\deg}C 的温度下是不准确的。采用相干 X 射线衍射对纳米结构 BaZr0.8Y0.2O3-d 烧结片进行观测，以在 200 {\deg}C 的湿润氮气气氛中原位成像组成亚微米晶粒内的三维结构过程。直接观察揭示了非平衡缺陷生成及随后的晶粒开裂，时间尺度为小时级，并在 BaZr0.8Y0.2O3-d 中形成新生且原本能量不利的小面。此外，结构重排与晶粒内晶格常数的动态不均匀性相关，显示出潜在的异质 H+ 传输。我们的结果阐明了 PCCs 结构退化的机制，推翻了关于 PCCs 中结构动力学的现有假设，并填补了进一步深入原位研究 PCC 纳米结构的方法空白。
引用
@article{arxiv.2109.13405,
title = {In-situ non-equilibrium nanomechanics in a proton-conducting ceramic at low temperatures},
author = {Oleg Yu. Gorobtsov and Yumeng Song and Kevin Fritz and Daniel Weinstock and Yifei Sun and Dina Sheyfer and Wonsuk Cha and Jin Suntivich and Andrej Singer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.13405},
year = {2021}
}