CN105088317B - 一种二氧化铈膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种二氧化铈膜的制备方法，在乙二醇中加入水、碱、或再加盐，制成电解液；用无水乙醇润湿的碳化硅水砂纸对铈片进行打磨并用无水乙醇清洗干净，用金刚石喷雾抛光剂喷在绒布上，将铈片在有金刚石喷雾抛光剂的绒布上抛光直至为镜面，将抛光后的铈片放入无水乙醇液中超声清洗；以铂或铅为阴极，将待阳极氧化的铈片为阳极，放入电解液中阳极氧化，阳极氧化完毕后，阳极氧化件用水冲洗，风干；将阳极氧化件放入马弗炉内焙烧，冷至室温，取出得到两面为多纳米直孔中间为致密的二氧化铈膜。本发明可通过控制铈箔的阳极氧化时间，从而可控制二氧化铈膜薄膜的厚度。
Description
技术领域
本发明属于材料学领域，涉及一种二氧化铈膜，具体来说是一种二氧化铈膜的制备方法。
背景技术
由于二氧化铈具有高的储氧能力和氧离子导电性能，可用于固体氧化物燃料电池的电解质。目前固体氧化物燃料电池的电解质通常支撑在电极上尤其是阳极上，现有丝网印刷法、流延法、共压法、旋转涂覆法、浸渍涂覆法、溶胶-凝胶成膜法、喷雾分解法等。这些薄膜制备技术在电解质的制备与应用过程中得到了很大的发展，但仍存在着一定的不足，如电解质薄膜厚度的可控性、附着力以及通常需在1000℃以上烧结并烧成时出现缺陷等。本发明采用阳极氧化法和热处理法制备两面为多纳米直孔中间为致密的二氧化铈膜。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种二氧化铈膜的制备方法，所述的这种二氧化铈膜的制备方法解决了现有技术的电解质薄膜厚度、附着力不可控，而且烧结时容易出现缺陷的技术问题。
本发明提供了一种二氧化铈膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）在乙二醇中加入水、碱，制成电解液；其中碱为氢氧化钠、氢氧化钾、或者氨水中的一种或两种以上组成的混合物，在乙二醇中，水的浓度为10~400g/L、碱的浓度为2.5~400g/L；
（2）用无水乙醇润湿的碳化硅水砂纸对厚度为0.1~0.3mm的铈片进行打磨并用无水乙醇清洗干净，用0.5~2μm的金刚石喷雾抛光剂喷在绒布上，将铈片在有金刚石喷雾抛光剂的绒布上抛光直至为镜面，将抛光后的铈片放入无水乙醇液中超声清洗；
（3）以铂或铅为阴极，将待阳极氧化的铈片为阳极，放入电解液中阳极氧化，阳极氧化的工艺条件为电流密度8～200mA/dm2、氧化温度0～20℃、搅拌转速100～600rpm，氧化时间4~20h，阳极氧化完毕后，阳极氧化件用水冲洗，风干；
（4）将阳极氧化件放入马弗炉内，以0.4~0.6℃/min 程序升温至320～800℃，在320～800℃焙烧0.5～2 h，冷至室温，取出得到两面为多纳米直孔中间为致密的二氧化铈膜。
进一步的，在乙二醇中还添加有盐，在乙二醇中，盐的浓度为1~350g/L；
所述的盐为氟化物、碳酸盐、草酸盐、磷酸盐中的一种或两种以上组成的混合物；
其中，氟化物为氟化铵、氟化钠、或者氟化钾中的一种或两种以上组成的混合物；碳酸盐为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸铵、或者碳酸氢铵中的一种或两种以上组成的混合物；草酸盐为草酸钠、草酸氢钠、草酸钾、草酸氢钾、草酸铵、或者草酸氢铵中的一种或两种以上组成的混合物；磷酸盐为磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸铵、或者磷酸氢铵中的一种或两种以上组成的混合物。
进一步的，所述的电解液由碱、水、盐、乙二醇组成，所述的碱为氢氧化钠，所述的盐为氟化铵，水、氢氧化钠、氟化铵和乙二醇的质量体积比为10g：2.5g：1g：975mL。
进一步的，所述的电解液由碱、水、盐、乙二醇组成，所述的碱由氢氧化钾和氨水组成，所述的盐由碳酸钠和草酸钠组成，水、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、草酸钠和乙二醇的质量体积比为400g：200g：200g：150g:200g:375mL。
进一步的，所述的电解液由碱、水、乙二醇组成，所述的碱为氨水，水、氨水和乙二醇的质量体积比为200g：200g：575mL。
进一步的，铈片的厚度为0.2mm。
进一步的，用1μm的金刚石喷雾抛光剂喷在绒布上。
本发明制备出了两面为多纳米直孔中间为致密的二氧化铈膜。采用Fisher公司生产的MPO测厚仪测定两面多纳米直孔的孔长分别为11～97μm。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明可通过控制铈箔的阳极氧化时间，从而可控制二氧化铈膜薄膜的厚度。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
实施例1
在2L的烧杯中加入10g水、2.5g氢氧化钠、1g氟化铵，加975mL乙二醇溶解形成水-氢氧化钠-氟化铵-乙二醇混合溶液，移入1L容量瓶中，用乙二醇稀释至刻度，制得电解液。用无水乙醇润湿的碳化硅水砂纸对100mm×100mm×0.1mm待阳极氧化的铈箔进行打磨并用无水乙醇清洗干净，用0.5μm的金刚石喷雾抛光剂喷在绒布上，将铈片在有金刚石喷雾抛光剂的绒布上抛光直至为镜面。将抛光后的铈箔放入无水乙醇液中超声清洗。将上述电解液转入2L的烧杯中，将上述100mm×100mm×0.1mm的待阳极氧化铈箔放入电解液中并为阳极，阴极为150mm×150mm×0.5mm的铂板，磁力搅拌，搅拌转速为100rpm，电流密度为8mA/dm2，氧化温度0℃，氧化时间4h，取出阳极氧化件，用去离子水冲洗净，风干，放入坩埚中，放入马弗炉内，以0.5℃/min 程序升温至800℃，在800℃焙烧0.5 h。冷至室温，取出得到两面为多纳米直孔中间为致密的二氧化铈膜。采用Fisher公司生产的MPO测厚仪测定两面多纳米直孔的孔长分别为11μm。
实施例2
在2L的烧杯中加入400g水、200g氢氧化钾、200g氨水、150g碳酸钠、200g草酸钠，加375mL乙二醇溶解形成水-氢氧化钾-氨水-碳酸钠-草酸钠-乙二醇混合溶液，移入1L容量瓶中，用乙二醇稀释至刻度，制得电解液。用无水乙醇润湿的碳化硅水砂纸对100mm×100mm×0.3mm待阳极氧化的铈箔进行打磨并用无水乙醇清洗干净，用2μm的金刚石喷雾抛光剂喷在绒布上，将铈片在有金刚石喷雾抛光剂的绒布上抛光直至为镜面。将抛光后的铈箔放入无水乙醇液中超声清洗。将上述电解液转入2L的烧杯中，将上述100mm×100mm×0.3mm的待阳极氧化铈箔放入电解液中并为阳极，阴极为150mm×150mm×2mm的铅板，磁力搅拌，搅拌转速为600rpm，电流密度为200mA/dm2，氧化温度20℃，氧化时间20h，取出阳极氧化件，用去离子水冲洗净，风干，放入坩埚中，放入马弗炉内，以0.5℃/min 程序升温至320℃，在320℃焙烧2h。冷至室温，取出得到两面为多纳米直孔中间为致密的二氧化铈膜。采用Fisher公司生产的MPO测厚仪测定两面多纳米直孔的孔长分别为97μm。
实施例3
在2L的烧杯中加入200g水、200g氨水，加575mL乙二醇溶解形成水-氨水-乙二醇混合溶液，移入1L容量瓶中，用乙二醇稀释至刻度，制得电解液。用无水乙醇润湿的碳化硅水砂纸对100mm×100mm×0.2mm待阳极氧化的铈箔进行打磨并用无水乙醇清洗干净，用1μm的金刚石喷雾抛光剂喷在绒布上，将铈片在有金刚石喷雾抛光剂的绒布上抛光直至为镜面。将抛光后的铈箔放入无水乙醇液中超声清洗。将上述电解液转入2L的烧杯中，将上述100mm×100mm×0.2mm的待阳极氧化铈箔放入电解液中并为阳极，阴极为150mm×150mm×0.5mm的铂板，磁力搅拌，搅拌转速为300rpm，电流密度为100mA/dm2，氧化温度10℃，氧化时间10h，取出阳极氧化件，用去离子水冲洗净，风干，放入坩埚中，放入马弗炉内，以0.5℃/min程序升温至360℃，在360℃焙烧1h。冷至室温，取出得到两面为多纳米直孔中间为致密的二氧化铈膜。采用Fisher公司生产的MPO测厚仪测定两面多纳米直孔的孔长分别为63μm。
以上所述仅是本发明的实施方式的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种二氧化铈膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）在乙二醇中加入水、碱，制成电解液；其中碱为氢氧化钠、氢氧化钾、或者氨水中的一种或两种以上组成的混合物，在乙二醇中，水的浓度为10~400g/L、碱的浓度为2.5~400g/L；在乙二醇中还添加有盐，在乙二醇中，盐的浓度为1~350g/L ；
所述的盐为氟化铵、或者为碳酸钠和草酸钠的组合；
当所述的盐为氟化铵时，每升电解液中含有10g 水、2.5g 氢氧化钠、1g 氟化铵，余量为乙二醇；
当所述的盐由碳酸钠和草酸钠组成时，每升电解液中含有400g 水、200g 氢氧化钾、200g 氨水、150g 碳酸钠、200g 草酸钠，余量为乙二醇；
2）用无水乙醇润湿的碳化硅水砂纸对厚度为0.1~0.3mm 的铈片进行打磨并用无水乙醇清洗干净，用0.5~2μm 的金刚石喷雾抛光剂喷在绒布上，将铈片在有金刚石喷雾抛光剂的绒布上抛光直至为镜面，将抛光后的铈片放入无水乙醇液中超声清洗；
3）以铂或铅为阴极，将待阳极氧化的铈片为阳极，放入电解液中阳极氧化，阳极氧化的工艺条件为电流密度8 ～ 200mA/dm2、氧化温度0 ～ 20℃、搅拌转速100 ～ 600rpm，氧化时间4~20h，阳极氧化完毕后，阳极氧化件用水冲洗，风干；
4）将阳极氧化件放入马弗炉内，以0.4~0.6℃ /min 程序升温至320 ～ 800℃，在320～ 800℃焙烧0.5 ～ 2 h，冷至室温，取出得到两面为多纳米直孔中间为致密的二氧化铈膜。
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