Estudio de películas nanoestructuradas de ZrO2 e YSZ para Aplicaciones en Energía

BASBUS, J.; ARCE, M.; ADRIANA SERQUIS; YANET B. MANSILLA; HORACIO E. TROIANI

Buenos Aires

Congreso; XIX Encuentro de superficies y materiales nanoestructurados; 2019

Los materiales basados en circonia (ZrO2) poseen una amplia variedad de propiedades atractivas, como propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas únicas, que son responsables de las diferentes aplicaciones en las que se utilizan [1,2]. Por un lado, el ZrO2 puro presenta alta resistividad eléctrica y mecánica, lo cual lo hace un buen candidato para ser utilizado como recubrimiento. Este óxido presenta tres fases: Monoclínica, estable hasta los 1200 ºC, Tetragonal, estable entre 1200 ºC y 1900 ºC y Cúbica, estable a partir de 1900 ºC. Sin embargo, se sabe que la fase tetragonal puede ser retenida a temperaturas más bajas, este hecho puede deberse tanto a un efecto de impurezas, como al tamaño de cristalita, y ambos efectos se suelen aprovechar para estabilizar fases con mayor simetría debido a que esto beneficia el uso de este material en algunas aplicaciones tecnológicas [3,4]. Por otro lado, la circonia estabilizada con Itrio (YSZ), debido a su alta conductividad iónica pura a elevadas temperaturas, es uno de los principales materiales de electrolito para celdas de combustible de óxido sólido (SOFC). En este caso, la adición de pequeñas cantidades de dopante puede dar lugar a la retención de la fase cúbica.En este trabajo se estudiaron películas de ZrO2 e YSZ depositadas sobre diferentes sustratos. Las películas de ZrO2 fueron sintetizadas para recubrir separadores de Zircaloy-4 utilizados en ensayos de Flujo Crítico de Calor. Esta aplicación requiere que las películas sean aislantes eléctricos, que presenten buena resistencia mecánica y buena adherencia con el material de sustrato. Las películas de YSZ fueron sintetizadas con el objetivo de ser utilizadas para SOFC soportadas en electrodo, con lo cual se buscan películas delgadas y densas, para poder así disminuir la temperatura de operación de la SOFC. Las propiedades de estas películas dependen en gran medida de los métodos de síntesis y depósito, en este caso la síntesis se realizó a través del método Sol-Gel y el depósito por dip-coating. La morfología, tamaño de grano y estructura cristalina de estas películas se estudiaron mediante Difracción de Rayos X (XRD), Difracción de Rayos X con Incidencia Rasante (GIXRD), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y de Transmisión (TEM). Se obtuvieron películas cuyo espesor varía entre 150 y 500 nm, dependiendo de la condición de depósito y del número de capas depositadas. En ambos casos, están formadas por nanocristales que no superan los 20 nm, en los cuales se retienen fases de alta simetría: tetragonal o cúbica.