Dy2O3, Eu2O3, Sm2O3 katkılanmış Beta-Bi2O3 tipi katı elektrolitlerin sentezlenmesi, karakterizasyonları ve katıhal oksijen iyonik iletkenliklerinin araştırılması.

Abstract

Bu tezde üç farklı (Bi2O3)1-x(Ln2O3)x (Ln = Dy, Eu, Sm) ikili sistem araştırıldı. Ln2O3 oksijen bileşikleri x değeri 0,01-0,10 mol katkı aralığında olacak şekilde saf monoklinik Bi2O3 içerisine katı hal reaksiyonu yöntemiyle katkılandı. Reaksiyonlar farklı ısıl işlem basamaklarında, açık hava atmosferinde çalışan kül fırınlarında ve alümina krozeler içerisinde gerçekleştirildi.Bütün ikili sistemlerde baskın olarak beta-Bi2O3 tipi katı çözelti bölgeleri sentez edildi. Ln2O3 katkılanmış katı çözeltileri karakterize edebilmek için X-ışınları toz difraksiyon (XRD) analizi yöntemi kullanıldı. Isıl işlem sıcaklarının, süresinin, soğutma hızının ve Ln2O3 katkı miktarının katı çözeltilerin oluşumlarını ve özelliklerini etkilediği belirlendi.Deneysel verilere göre, elde edilen tetragonal tipi katı çözeltilerin kristal örgülerinde O(2-) iyonu boşlukları içermelerinden dolayı stokiyometrik olmayan karaktere sahip oldukları sonucuna varıldı. İletkenlik ölçümleri sonucunda elektrik iletkenliğin, sıcaklık ve Ln2O3 katkı miktarının artışı ile arttığı gözlendi.Çalışmada sentezi gerçekleştirilen katı elektrolit sistemlerinin bir çok endüstriyel uygulamalarda, örneğin katı oksit yakıt hücrelerinin (SOFC) üretiminde kullanılabilecekleri öngörüldü.

In this thesis, three different (Bi2O3)1-x(Ln2O3)x binary systems have been investigated. 0,01<=x<=0,1 mole amounts of Ln2O3 compounds were doped in to the pure Bi2O3 by the solid state reactions. Heat treatments were applied to the synthesis reactions at various temperature ranges in air furnaces in alumina crucibles.Tetragonal beta-Bi2O3 solid solutions have been synthesized in all of binary systems as dominant phase. X-ray powder diffraction (XRD) has been used for characterization of the Ln2O3 doped solid solutions. We determined that the factors such as heat treatment temperatures and period, cooling rate and amount of Ln2O3 dopant affected the formation of solution reactions and their properties.Experimental results show that tetragonal type solid solutions are non-stoichiometric because of the O(2-) ion holes in their crystal structure. Conductivity measurements showed that the conductivity increases with increasing temperature and increasing Ln2O3 concentrations.The solid electrolytes we have synthesized in this study can be used in diverse industrial applications such as solid oxide fuel cells (SOFC).