第二章 实验材料与测试方法
2.1 实验材料
下表所示为本论文实验工作中所用到的化学试剂信息，其中除了个别试剂特别指出，均为分析纯。
表2-1 所用化学试剂
Table.2-1 Description of all the chemical reagents
试剂名称（符号） 产地 纯度
YSZ粉 日本Tosoh 99.99% 石墨粉 深圳贝特瑞新能源股份有限公司 99.9%
聚乙二醇缩丁醛（PVB） 天津光大冰峰化工有限公司 A.R 聚乙二醇-600（PEG） 上海凌峰化学试剂有限公司 A.R 邻苯二甲酸二正辛酯（DOP） 江苏永华精细化学品有限公司 A.R.
三乙醇胺（TEA） 上海凌峰化学试剂有限公司 A.R
无水乙醇 国药集团化学试剂有限公司 A.R 银导线 国药集团化学试剂有限公司 99.9%
硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O) 广东光华科技股份科技有限公司 A.R 尿素(H2NCONH2) 天津市科密欧化学试剂有限公司 A.R 硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O) 天津市科密欧化学试剂有限公司 A.R 硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O) 广东光华科技股份科技有限公司 A.R (La0.75Sr0.25)0.95MnO3-δ(LSM) 中科院宁波材料技术与工程研究所 99.5%
Ce0.8Gd0.2O1.9 (GDC) 中科院宁波材料技术与工程研究所 99.5% 银浆导电胶 DAD-87 上海合成树脂研究所 99.99% 甘氨酸(C2H5NO2) 上海伯奥生物科技有限公司 A.R 氧化铝(Al2O3) 硝酸镧(La(NO3)3·6H2O) 广东光华科技股份科技有限公司 A.R 硝酸锶(Sr(NO3)2·6H2O) 广东光华科技股份科技有限公司 A.R 硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O) 广东光华科技股份科技有限公司 A.R 硝酸锰(Mn(NO3)2·4H2O) 广东光华科技股份科技有限公司 50% 硝酸铁(Fe(NO3)3·6H2O) 天津市大茂化学试剂厂 A.R
松油醇 天津市大茂化学试剂厂 A.R 活性炭 天津市科密欧化学试剂有限公司 A.R
2.2 主要实验仪器及规格 表2-2 主要仪器设备说明 仪器名称 生产厂家 型号 电子分析天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司 BSA224S-CW 电热恒温股份干燥箱 上海齐欣科学仪器有限公司 DHG-9140A 变频行星式球磨机 南京大冉科技有限公司 DM-4L 硅钼棒超高温电炉 合肥科晶仪器材料有限公司 KSL-1700X 高温箱式电阻炉 天津市泰斯特仪器有限公司 SX2-4-13 高温管式电阻炉 天津市泰斯特仪器有限公司 SK-2.5-13D 恒温加热搅拌器 上海一凯仪器设备有限公司 DF-101S 真空干燥箱 扫描电子显微镜 EDX能谱仪 X射线衍射仪 气象色谱 气体质量流量控制器 数控超声波清洗器 气体质量流量控制器
上海齐欣科学仪器有限公司 荷兰Philips公司 英国Oxford公司 德国Bruker公司 上海科创色谱仪器有限公司 美国Alicat公司 昆山超声波仪器有限公司 北京七星华创电子股份有限公司 DSF-6020 XL-30FEG Inca 300 XL-30FEG GC-9800 MC-500SCCM-D KQ-600KDE CS200-A 2.3.3 扫描电子显微镜（SEM）
扫描电子显微镜的原理是将一束经过聚焦的电子束投射到所需要观察的样品上，并逐点进行扫描，然后根据二次电子、背散射电子或吸收电子的信号变换成像。扫描电子显微镜主要包括电子光学系统、信号收集和显示系统、真空系统、冷却系统等，具有对样品要求低、放大倍数大、分辨率高等优点。扫描电镜可以观察的样品可以是粉末、颗粒、薄膜、块状物以及切片的生物样品等多种形式。扫描电子显微镜可以直接观察样品的微观表面，获得样品表面的形貌、晶粒大小、特定活性成分的分散状态、孔分布情况等信息。
本实验中所使用荷兰飞利浦公司XL-30EFG型号的SEM对陶瓷固体样品的表面、截面以及粉末样品的形貌进行观察。实验中大部分样品不具备导电性，因此测试前需对放置在导电胶上的样品进行喷金处理。
3. X射线衍射技术
XRD(X-ray diffraction)即X射线衍射，是通过对材料的X射线衍射和衍射图谱的分析，获得材料成分、内部原子或分子结构或形态能信息的研究手段。X射线1896年被发现，目前利用X射线衍射仪可以精确的测定物质的晶体结构、晶粒大小及应力，精确进行物相分析、定性分析以及定量分析等。
本文中采用德国Bruker D8advance 型X射线衍射仪进行来级别所合成的粉
末的进行物相分析。具体的测试条件：Cu靶Kα辐射，波长0.15418 nm，光管电压和电流分别为40 KV和40 mA，扫描范围10～80o，速度4o/min, 步长为0.02
o
，用Jade 5.0软件结合PDF卡片对XRD图谱进行晶型分析。
根据X射线衍射理论，在晶粒尺寸小于100 nm时，随晶粒尺寸的变小衍射
峰宽度化变得明显，样品的晶粒尺寸可以通过Debye-Scherrer公式计算（测定晶粒尺寸适用范围1-300nm）。
Dhkl?K? （）
?hkl?cos?式中：Dhkl为沿垂直于界面hkl方向的晶粒直径； K为Scherrer常数，一般取0.89； λ为入射X射线波长；
Βhkl为衍射hkl的半高宽，单位为弧度； θ为布拉格衍射角。 3、孔隙率测量
材料按密度可分为两大类：致密材料和多孔材料。多孔材料是指带孔的固体，更确切地说：“多孔材料是固相材料与气相或固相与液相的复合体。”多孔材料中的孔有三类：贯通孔、盲孔（半开孔）和闭孔。其中贯通孔和半开孔均与外界环境相连通，因此统称为开孔。本论文中采用阿基米德排水法测试陶瓷材料的开孔孔隙率。
q?100(m2?m1)
m2?m3m1Dv?
m2?m3式中 q—样品的开孔孔隙率，%； m1—样品的干燥质量；
m2—饱和样品在空气中的质量； m3—饱和样品在水中的质量； Dv—样品的表观密度。 4、气象色谱分析
色谱法是一种目前使用最广泛的和最有效的分离、分析方法。根据流动相是气体还是液体，色谱可分为气象色谱和液相色谱。
本论文中使用GC9800气象色谱仪的TCD对直接碳固体氧化物燃料电池的尾气进行分析。使用归一化法对电池尾气中的CO与CO2的相对含量进行测定。具体方法是配置确定比例CO与CO2混合标准气体，通过检测标准气体得到CO与CO2气体的相对摩尔校正因子。通过下式对尾气中CO与CO2的摩尔分数进行计算：
fi'Airi??100% 'fA?iii式中 ri—i组分的摩尔分数;
fi'—i组分的相对摩尔校正因子； Ai—i组分的峰面积。 5.电化学分析
本论文中的电化学测试主要包含：输出线性扫描、电化学阻抗谱测试、开路电压测试、恒压（恒流）放电测试、长期稳定性测试等。论文中的测试均是使用荷兰Ivium电化学工作站进行。
电化学测试示意图如图2-1所示。把论文中测试的均为管状电池。测试前先用银浆将电池的开口端固定于一根氧化铝刚玉管的一端，其中电池的内侧电极直接与固定使用的银浆接触。然后在外侧电极上用银浆画银格以起电荷收集作用，
于130oC烘箱中烘干。电池的两侧电极均通过两根银线相连到电化学工作站，采用四电极法测试以消除外电路对电池性能的影响。将封接与陶瓷管上的电池置于管式炉中，持续通入燃料气体到阳极侧，阴极侧暴露在环境空气中，通过管式炉对电池测试提供温度，在700-850 oC对电池进行相关电化学测试。
图2-1 电池的电化学测试装置示意图 Figure 2-1 Schematic diagram of the cell testing set
6. 能量散射X射线光谱仪（EDX）
能量散射X射线光谱仪（Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy，EDX）是一种的元素定性及定量分析手段，通常附属于电子显微镜（扫描电镜、透射电镜）。
本论文中使用Inca 300型EDX能谱仪（英国Oxford公司）对样品特定区域的表面进行EDX分析。