绪论

1 固体电解质的缺陷结构和迁移性质

1.1 晶体的缺陷结构

1.1.1 Schottky 缺陷数

1.1.2 Frenkel 缺陷数

1.1.3 电子缺陷

1.1.4 掺杂缺陷

1.2 能带

1.3 晶体中的扩散

1.3.1 Fick 第一定律

1.3.2 Fick 第二定律

1.3.3 扩散的热力学解释

1.3.4 扩散形式

1.4 固态离子导体中的电荷迁移

1.4.1 缺陷和电导率

1.4.2 电导率与气相分压的关系

1.4.3 过剩电子和电子空位导电的特征氧分压

1.4.4 扩散系数的测定

1.5 交流阻抗谱方法测定离子电导率

1.5.1 阻抗谱测定原理

1.5.2 阻抗谱分析示例

1.5.3 用阻抗谱法测定固体电解质电导率方法示例

1.6 固体电解质电子导电性的测定

1.6.1 直流极化法

1.6.2 抽氧法

参考文献

2 固体电解质材料

2.1 氧离子导电固体电解质

2.1.1 晶体化学数据

2.1.2 ZrO2-CaO 电解质

2.1.3 ZrO2-MgO 电解质

2.1.4 ZrO2-Y2O3电解质

2.1.5 ZrO2-Ln2O3电解质

2.1.6 CaZrO3基电解质

2.1.7 ThO2基电解质

2.1.8 HfO2(CaO)电解质

2.1.9 CeO2基电解质

2.1.10 Bi2O3基电解质

2.1.11 β-Al2O3和 β -Al2O3电解质

2.1.12 硅酸铝(莫来石)电解质

2.1.13 硅酸镁电解质

2.1.14 镁铝尖晶石电解质

2.1.15 磷酸钙电解质

2.2 硫离子导电固体电解质

2.3 氮化物电解质

2.4 氟离子导电固体电解质

2.5 氯、溴、碘离子导电固体电解质

2.6 银离子导体

2.7 碱金属离子导体

2.8 骨架结构

2.9 非晶态电解质

2.10 沸石

2.11 聚合物电解质

2.12 电显色材料

2.13 蒙脱石

2.14 质子(H+)导体

2.14.1 低于400℃工作的质子导体

2.14.2 500～1000℃质子导电的固体电解质

2.14.3 钙钛矿型材料产生质子导电的原因

2.15 电子-离子导体

参考文献

3 固体电解质结构的研究方法

3.1 X 射线衍射法

3.2 中子衍射

3.3 拉曼散射法

3.4 红外光谱法

3.5 核磁共振法

3.6 电子顺磁共振法

3.7 穆斯堡尔谱法

3.8 俄歇法

3.9 其他方法和结构模型研究

参考文献

4 固体电解质原电池及影响准确测量的制约因素

4.1 电动势法在测定热力学函数上的应用

4.2 固体电解质原电池的工作原理

4.3 参比电极

4.3.1 气体参比电极

4.3.2 共存相参比电极

4.4 电极引线

4.5 影响电动势值准确测量的制约因素

4.5.1 电子电导的影响

4.5.2 化学反应的影响

4.5.3 电极组分的平衡

4.5.4 温度梯度产生的热电势的影响

4.5.5 平行于金属-电解质界面的氧位梯度

4.5.6 由于氧通过固体电解质的迁移所产生的误差

4.5.7 电极和电解质界面的化学稳定性

4.5.8 电池电动势的测量

参考文献

5 化合物热力学研究

5.1 单一氧化物热力学研究

5.2 复合氧化物热力学研究

5.3 非化学计量化合物热力学研究

5.4 非氧化物体系热力学研究

5.4.1 硫化物、硫酸盐的热力学研究

5.4.2 金属硅化物的热力学研究

5.4.3 用氟化物固体电解质研究非氧化物的热力学

参考文献

6 合金体系热力学研究

6.1 二元合金的热力学研究

6.2 三元合金的热力学研究

6.3 金属间化合物的热力学研究

参考文献

7.1 金属熔体中氧活度和氧溶解度的测定

7 金属熔体中氧活度的研究

7.2 金属熔体中元素原子之间的相互作用

7.3 含合金元素金属熔体中氧活度的研究

7.4 用氧浓差电池测定金属熔体中合金元素的活度

参考文献

8 炉渣的热力学研究

8.1 炉渣结构

8.2 炉渣活度

8.3 炉渣组分的活度测定

参考文献

9 固体电解质电池在动力学研究中的应用

9.1 扩散系数

9.2 固态和液态金属中氧的扩散研究

9.2.1 液态金属中氧的扩散研究

9.2.2 溶质对金属熔体扩散系数的影响

9.2.3 固态金属中氧扩散的测量

9.3 气-固相及气-液相反应的动力学研究

参考文献

10 固体电解质氧传感器在冶金中的应用

10.1 在炼钢、炼铁中的应用

10.1.1 氧传感器的有关问题

10.1.2 在推定转炉吹炼终点和调质上的应用

10.1.3 在 RH 真空处理中的应用

10.1.4 在钢包和钢锭模中的应用

10.1.5 在不锈钢冶炼中的应用

10.1.6 在转炉熔钢、炉渣和气相氧位的测定上的应用

10.1.7 在钢液连铸中的应用

10.1.8 在高炉中的应用

10.1.9 在球墨铸铁中的应用

10.1.10 氧传感探头的消耗和长寿命氧传感器

10.2 在铜液中的应用

10.4 在气体测氧中的应用

10.3 在其他金属中的应用

10.4.1 气体氧传感器的电池形式

10.4.2 气体氧传感器的结构形式

10.4.3 燃烧过程控制

10.4.4 高炉内氧分压的测定

10.4.5 转炉内氧分压的测定

10.4.6 连铸中间包气氛的氧分压测定

10.4.7 在热处理等中的应用

10.4.8 在有色金属冶炼气相中的应用

参考文献

11 成分传感器及其应用

11.1 成分传感器的分类

11.2 硅传感器

11.2.1 以 SiO2-CaF2为辅助电极的硅传感器

11.2.2 以 ZrO2＋ZrSiO4为辅助电极的硅传感器

11.2.3 三相固体电解质硅传感器

11.2.4 莫来石(mullite)固体电解质硅传感器

11.3 铬传感器

11.4 锰传感器

11.5 铝传感器

11.5.1 ZrO2基固体电解质铝传感器

11.5.2 莫来石固体电解质铝传感器

11.5.3 β-Al2O3固体电解质铝传感器

11.6 铁传感器

11.7 稀土传感器

11.7.1 La-β-Al2O3固体电解质的制备和性质

11.7.2 La-β-Al2O3固体电解质稀土传感器

11.7.3 REF3(CaF2)固体电解质的制备和性质

11.7.4 LaF3(CaF2)固体电解质镧传感器

11.7.5 YF3(CaF2)固体电解质钇传感器

11.8 碱金属、碱土金属传感器

11.9 锑传感器

11.10 非金属传感器

11.10.1 硫传感器

11.10.2 磷传感器

11.10.3 氮传感器

11.10.4 碳传感器

参考文献

12 气体传感器

12.1 氢气和水蒸气传感器

12.1.1 氢传感器

12.1.2 水蒸气传感器

12.2 SOx(SO2和 SO3)传感器

12.3 NOx(NO 和 NO2)传感器

12.4 CO2传感器

12.5 含砷气体传感器及其他传感器

12.6 LaF3或 LaF3(掺杂)固体电解质常温气体传感器

参考文献

13 固体电解质在其他方面的应用

13.1 固体电解质在氧泵和氢泵等中的应用

13.1.1 气体分离的原理

13.1.2 适应于气体分离的固体电解质

13.1.3 混合气体中氧的分离

13.1.4 混合气体中氢的分离

13.2 氧传感器在汽车尾气控制中的应用

13.3 固体氧化物燃料电池

13.3.1 燃料电池的工作原理

13.3.2 固体电解质

13.3.3 空气电极

13.3.5 相互连接材料

13.3.4 燃料电极

13.3.6 电压电流特性

13.4 微功率电池

13.5 高能量密度电池

13.6 在电化学器件中的应用

参考文献

14 固体电解质和陶瓷制备的一般方法和电解质性能

14.1 直接合成法反应原理

14.2 固体电解质、陶瓷的制备方法

14.2.1 配料、制粉

14.2.2 成型

14.2.3 烧成

14.3 单晶的制备

14.3.1 提拉法

14.3.2 区域熔融法

14.3.3 从溶液或熔体中结晶

14.3.5 高温加压法

14.4 薄膜的制备

14.3.4 高温加热法

14.4.1 化学方法

14.4.2 物理方法

14.5 用插层反应制备新物质

14.6 烧成品的精加工

14.7 固体电解质的致密性

14.7.1 密度和气孔率

14.7.2 物理比渗透性

14.8 固体电解质的抗热震性

参考文献

附录1 元素周期表

附录2 原子的电子能级

附录

附录3 离子的电子能级和电子层结构

附录4 无机化合物的颜色和离子的电子层结构等因素的关系

附录5 元素的电负性

附录6 离子半径

附录7 键能

附录8 常用的几种化学位

附录9 C.H.P.Lupis 等人对铁液中元素之间相互作用系数的推荐值

附录10 G.K.Sigworth 和 J.F.Elliott 等人对稀液态铜合金的热力学数据的精选值

附录11 偏摩尔性质和过剩热力学性质

附录12 正规溶液(或规则溶液)

附录13 利用 Gibbs-Duhem 方程式计算活度

附录14 标准态的转换

参考文献

索引

主要符号表