Mecanismo de transporte iónico enelectrolitos sólidos nanoestructurados de ceria dopada

M. G. BELLINO; D. G. LAMAS; N. E. WALSÖE DE RECA

La Plata, Argentina

Congreso; 90 Reunión Nacional de Física; 2005

Asociación Argentina de Fisica

Los cerámicos de CeO2 (ceria) dopada con óxidos de metales divalentes o trivalentes tienen un gran interés por alta conductividad iónica por ión O2-, dos  ordenes de magnitud superior a la que presentan los electrolitos convencionales de ZrO2-2O3. En este trabajo, se estudió la conductividad iónica de cerámicos densos nanoestructurados de CeO2-10% molar Y2O3 y CeO2-10%molar Sm2O3. Estos materiales fueron preparados por fast-firing a partir de polvos comerciales de alta área específica, con velocidades de calentamiento y enfriamiento de 100 a 200oC y temperatura máxima entre 700 y 1000oC. Las muestras obtenidas presentaron densidades relativas entre 92 y 97% en todos los casos, que son valores notablemente altos para las bajas temperaturas empleadas, y tamaños de grano de 35- 80 nm. Para comparación, también se prepararon cerámicos microcristalinos por sinterizado convencional a 1300oC, con densidades relativas cercanas al 100 %. Las propiedades eléctricas de los materiales obtenidos se estudiaron por espectroscopýa de impedancia electroqu´ýmica. Se encontró un muy importante aumento (de hasta un orden de magnitud) de la conductividad i´onica total de los cerámicos nanostructurados en comparación con los microcristalinos. Asimismo, se analizó el mecanismo de transporte iónico en estos electrolitos sólidos nanoestructurados. El aumento de la conductividad iónica observado, incluso en comparación con la conductividad intragranular o de volumen (intrínseca del material), se atribuyó a la preponderancia de la conductividad iónica intergranular o de borde de grano en los materiales nanoestructurados, que aumenta al reducirse el tamaño de grano. Se comprobó también que está asociado a una reducción en la energía de activación, probablemente debido al aumento de la difusividad de los aniones O2- al decrecer el tamaño de grano. Para las muestras de menor tama˜no de grano (35-50 nm), se observó un cambio en el mecanismo de transporte en función de la temperatura debido a una transición de conducción iónica dominada por transporte intragranular (a alta temperatura) a dominada por transporte intergranular (a baja temperatura).