[发明专利]一类氧离子导体电解质薄膜的构造及其脉冲磁控溅射制备方法

摘要

本发明属于功能新材料技术领域，涉及一类多层复合纳米氧离子导体电解质薄膜材料的构造及其制备方法。采用YSZ与RCO陶瓷靶，以单晶硅、MgO以及Ni－YSZ或Ni－RCO阳极板为基片，靶－基距为30～80mm；背底真空度1×10^－4～1×10^－5Pa，基片温度300℃～800℃；工作气体中氧气－氩气气压比为5%～40%；起辉气压0.5～3.5Pa，溅射功率80～200W，脉冲频率10kHz～100kHz，偏压50～200V。每层膜溅射时间2～30s，每层膜厚10～200纳米，薄膜层数n≥3。通过制备多层复合纳米薄膜，可使电解质的氧离子电导率提高10％～50％，使用100～400℃，同时可实现RCO的纯氧离子导电，优化燃料电池性能；脉冲磁控溅射技术可以方便地实现多层复合纳米薄膜的制备，同时具有膜速度快、成膜质量高、膜基结合力大、成本低、适于大规模生产等优点。

主权项

1、一类氧离子导体电解质薄膜的构造及其脉冲磁控溅射制备方法，提供一种将YSZ与RCO电解质制成多层复合纳米薄膜结构A/(B/A)n(A、B分别代表YSZ或RCO，n≥1)的制备技术，解决该类电解质存在的问题，这里的纳米包含两层含义：一是指复合薄膜结构中各层电解质厚度控制在纳米量级，另外表示薄膜为纳米多晶结构，其特征在于：利用脉冲磁控溅射技术制备YSZ与RCO电解质构成的多层复合纳米薄膜材料，采用YSZ与RCO陶瓷靶，以单晶硅、MgO以及1～3mm厚Ni-YSZ或Ni-RCO燃料电池阳极板为基片，两靶间隔120度，靶与基片垂直距离为30～80mm；镀膜腔内背底真空度为1×10-4～1×10-5Pa，基片温度控制在300℃～800℃；以氧气-氩气混合气体为工作气体，氧气-氩气气压比为5％～40％；调节起辉气压为0.5～3.5Pa，溅射功率为80～200W，脉冲频率为10kHz～100kHz，给偏压50～200V；利用计算机控制镀膜过程，通过旋转YSZ与RCO陶瓷靶以及控制其溅射时间，在基片上依次制备YSZ、RCO多层薄膜，每层膜溅射时间为2～30s，每层薄膜厚度为10～200纳米，薄膜层数n≥3。