Структура и свойства тонких пленок ZrO2:Y2O3, формируемых методом магнетронного распыления

Шипилова, Анна Викторовна
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………………. 6
ГЛАВА 1. ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ ТВЕРДООКСИДНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ:
ПРОБЛЕМЫ И НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ……………………………………………………….. 14
1.1. Типы (классификация) топливных элементов, описание структуры и принцип
действия………………………………………………………………………………….. 14
1.2. Твердооксидный топливный элемент……………………………………….……… 16
1.2.1. Структура и принцип действия………………………………………………. 16
1.2.2. Электрические характеристики твердооксидного топливного элемента….. 17
1.2.3. Материалы, используемые для изготовления твердооксидного топливного
элемента…………………………………………………………………………………….. 21
1.2.3.1. Материалы электролита…………………………………………………….. 21
1.2.3.2. Материалы электродов……………………………………………………… 23
1.2.4. Перспективные направления развития твердооксидных топливных
элементов……………………………………………………………………………… 26
1.2.5. Типы конструкций твердооксидного топливного элемента………………… 28
1.3. Методы изготовления планарных твердооксидных топливных элементов……. 32
1.3.1. Порошковые технологии………………………………………………………. 33
1.3.2. Методы изготовления тонкопленочного электролита………………………. 35
1.3.3. Магнетронное распыление……………………………………………………. 38
Выводы по Главе 1………………………………………………………………………. 52
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ, ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ И АНАЛИТИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ, МЕТОДИКИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ И
ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУЧАЕМЫХ ПОКРЫТИЙ……………… 55
2.1. Экспериментальная установка для изготовления многослойных структур
твердооксидных топливных элементов методом комбинированного электронно-
ионно-плазменного напыления покрытий……………………………………………… 55
2.1.1. Вакуумная камера……………………………………………………………… 56
2.1.2. Источник электронов………………………………………………………….. 58
2.1.3. Магнетронная распылительная система……………………………………… 61
2.1.4. Источники питания……………………………………………………………. 63
2.1.4.1. Источник питания для магнетронных распылительных систем
мощностью 5 кВт (серия APEL-M-5PDC)…………………………………………… 63
2.1.4.2. Биполярный источник питания для магнетронных распылительных
систем мощностью 10 кВт (серия APEL-M-10BP)………………………………… 64
2.2. Стенд для исследования электрических характеристик ячеек твердооксидного
топливного элемента диаметром 20 мм методами вольтамперометрии и
импедансной спектроскопии…………………………………………………………… 65
2.2.1. Высокотемпературная печь……………………………………………………. 65
2.2.2. Источник питания печи с терморегулятором………………………………… 66
2.2.3. Блок крепления образца………………………………………………………. 66
2.2.4. Блок коммутации газов и подключения топливной ячейки к системе
регистрации…………………………………………………………………………… 67
2.2.5. Потенциостат…………………………………………………………………… 68
2.2.6. Импедансметр………………………………………………………………….. 69
2.3. Стенд для исследования электрических характеристик ячеек твердооксидного
топливного элемента размером 50×50 мм2…………………………………………….. 70
2.3.1. Высокотемпературный блок печи с блоком питания……………………….. 70
2.3.2. Блок подачи топлива и воздуха………………………………………………. 72
2.3.3. Система автоматизированного управления стендом………………………… 73
2.4. Устройство и методика измерения величины газопроницаемости образцов…… 74
2.5. Пористые анодные подложки твердооксидного топливного элемента…………. 75
2.6. Методика изготовления единичной ячейки твердооксидного топливного
элемента на несущем аноде…………………………………………………………….. 78
2.7. Исследование микроструктуры образцов…………………………………………. 79
2.8. Исследование фазового состава и структурных параметров образцов, а также
адгезионной прочности ZrO2:Y2O3 покрытия к анодной подложке…………………. 80
Выводы по Главе 2………………………………………………………………………. 81
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАГНЕТРОННОГО ОСАЖДЕНИЯ И
СТРУКТУРЫ NiO/YSZ АНОДА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ZrO2:Y2O3 ПОКРЫТИЙ… 82
3.1. Применение магнетронного распыления на постоянном токе для
формирования пленок ZrO2:Y2O3………………………………………………………. 82
3.2. Применение среднечастотного униполярного импульсного питания
магнетронной распылительной системы для формирования пленок
ZrO2:Y2O3……………………………………………………………………………………………… 85
3.3. Применение импульсного биполярного магнетронного распыления для
формирования пленок ZrO2:Y2O3………………………………………………………. 91
3.3.1. Влияние параметров импульсного питания магнетрона на скорость
осаждения пленок ZrO2:Y2O3………………………………………………………… 91
3.3.2. Влияние условий импульсного биполярного распыления на
микроструктуру и фазовый состав пленок ZrO2:Y2O3……………………………… 96
3.3.3. Влияние высокотемпературного отжига ZrO2:Y2O3 электролита,
осаждаемого методом магнетронного распыления, на электрохимические
характеристики топливных ячеек…………………………………………………… 104
3.3.4. Влияние анода и материала катода на электрохимические характеристики
топливных ячеек с электролитом, осаждаемым методом магнетронного
распыления……………………………………………………………………………. 107
3.3.5. Сопоставление результатов, полученных в данной работе, с мировым
уровнем……………………………………………………………………………….. 111
3.3.6. Масштабирование метода биполярного импульсного магнетронного
распыления на подложки большей площади……………………………………….. 113
Выводы по Главе 3………………………………………………………………………. 118
ГЛАВА 4. МЕТОД КОМБИНИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОННО-ИОННО-
ПЛАЗМЕННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК ZrO2:Y2O3 НА
ПОРИСТОМ NiO-YSZ АНОДЕ…………………………………………………………… 121
4.1. Расчет распределения температуры в поверхностном слое пористого Ni-YSZ
анода твердооксидного топливного элемента при воздействии потока быстрых
электронов……………………………………………………………………………….. 122
4.2. Влияние импульсной электронно – пучковой обработки на структуру и
характеристики пористого анода твердооксидного топливного элемента………….. 129
4.2.1. Импульсная электронно-пучковая обработка исходного пористого NiO-
YSZ анода твердооксидного топливного элемента………………………………… 129
4.2.2. Импульсная электронно-пучковая обработка пористого анода
твердооксидного топливного элемента с предварительно нанесенным на него
ZrO2:Y2O3 подслоем…………………………………………………………………… 134
4.3. Формирование методом магнетронного распыления пленки ZrO2:Y2O3
электролита на модифицированных пористых анодах твердооксидного
топливного элемента……………………………………………………………………. 137
4.4. Исследование электрохимических характеристик единичных ячеек
твердооксидного топливного элемента с ZrO2:Y2O3 электролитом
сформированным методом комбинированного электронно-ионно-плазменного
осаждения…………………………………………………………………………………. 144
4.4.1. Исследование электрохимических характеристик топливных ячеек
методом вольтамперометрии………………………………………………………… 144
4.4.2. Импедансная спектроскопия топливных ячеек с тонкопленочным
ZrO2:Y2O3 электролитом……………………………………………………………… 148
Выводы по Главе 4………………………………………………………………………. 155
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ…………………………………………………………………… 158
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ………………………….. 161
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………….. 163

Электронно-ионно-плазменные методы модификации поверхности и нанесения тонких
пленок нашли широкое применение в самых различных областях. Эти методы успешно
используются для формирования покрытий различного функционального назначения:
защитных, износостойких, декоративных, энергосберегающих и др. Это позволяет улучшить
эксплуатационные характеристики деталей и изделий (стойкость к коррозии, эрозии, износу и
т.д.) и, как результат, увеличить ресурс их эксплуатации [1-9]. Одной из перспективных и
активно исследуемых областей, где электронно-ионно-плазменные методы могут успешно
применяться, является водородная энергетика.
Среди множества задач, решаемых в области водородной энергетики, ключевой является
создание высокоэффективных и дешевых электрохимических генераторов на основе топливных

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Дарья Б. МГУ 2017, Журналистики, выпускник
    4.9 (35 отзывов)
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных ко... Читать все
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных компаниях, сейчас работаю редактором. Готова помогать вам с учёбой!
    #Кандидатские #Магистерские
    50 Выполненных работ
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Кормчий В.
    4.3 (248 отзывов)
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    #Кандидатские #Магистерские
    335 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Олег Н. Томский политехнический университет 2000, Инженерно-эконо...
    4.7 (96 отзывов)
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.
    #Кандидатские #Магистерские
    177 Выполненных работ
    Мария А. кандидат наук
    4.7 (18 отзывов)
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет... Читать все
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет, реклама, журналистика, педагогика, право)
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Ольга Р. доктор, профессор
    4.2 (13 отзывов)
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласован... Читать все
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласованные сроки и при необходимости дорабатываются по рекомендациям научного руководителя (преподавателя). Буду рада плодотворному и взаимовыгодному сотрудничеству!!! К каждой работе подхожу индивидуально! Всегда готова по любому вопросу договориться с заказчиком! Все работы проверяю на антиплагиат.ру по умолчанию, если в заказе не стоит иное и если это заранее не обговорено!!!
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа

    Другие учебные работы по предмету

    Радиационное упрочнение и оптические свойства материалов на основе SiO2
    📅 2022год
    🏢 ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
    Особенности формирования реальной структуры эпитаксиальных CVD-пленок алмаза с природным и модифицированным изотопным составом
    📅 2021год
    🏢 ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
    Исследование комплексной диэлектрической проницаемости конденсированных сред на основе новых методов терагерцовой импульсной спектроскопии
    📅 2021год
    🏢 ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»