Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Sep 2022)
Synthesis, structure, microstructure, and electrical properties of Ce0.81Nd0.095Sm0.095O2−δ
Abstract
Maltose and pectin-assisted low-temperature combustion modified sol–gel process was employed to synthesize nanopowders of Ce0.8Sm0.2O2−δ (SDC 20), Ce0.81Nd0.095Sm0.095O2−δ (NSDC). The sample's powder was sintered at 1250 oC for 6 h to form dense ceramics with a relative density greater than 95%. The Rietveld refinement of powder XRD patterns indicates a single-phase material with a cubic fluorite structure. The Raman spectroscopy studies confirm solid solution with evidence of more oxygen vacancies in sample NSDC to sample SDC 20. The SEM images of the samples show a high-dense surface with few pores. The EDX results confirm the sample's chemical composition. Impedance measurements were carried out to study electrical properties. The NSDC sample showed improved conductivity (3.06 × 10-2 S/cm at 600 °C) over SDC 20 (2.16 × 10-2 S/cm at 600 °C) with lower activation energy (0.81 eV). Specific grain (σ*g) and grain boundary (σ*gb) conductivity values were calculated using porosity corrections to the Bricklayer model. Resumen: Se empleó un proceso sol-gel modificado por combustión a baja temperatura asistido por maltosa y pectina para sintetizar nanopolvos de Ce0,8Sm0,2O2−δ (SDC 20), Ce0,81Nd0,095Sm0,095O2−δ (NSDC). El polvo de la muestra se sinterizó a 1250 °C durante 6 h para formar cerámicas densas con una densidad relativa superior al 95%. El refinamiento de Rietveld de los patrones de XRD en polvo indica un material monofásico con una estructura de fluorita cúbica. Los estudios de espectroscopia Raman confirman la solución sólida con evidencia de más vacantes de oxígeno en la muestra NSDC a la muestra SDC 20. Las imágenes SEM de las muestras muestran una superficie de alta densidad con pocos poros. Los resultados de EDX confirman la composición química de la muestra. Se realizaron mediciones de impedancia para estudiar las propiedades eléctricas. La muestra de NSDC mostró una conductividad mejorada (3,06 × 10−2 S/cm a 600 °C) sobre SDC 20 (2,16 × 10−2 S/cm a 600 °C) con menor energía de activación (0,81 eV). Los valores específicos de conductividad de grano (σ*g) y del límite de grano (σ*gb) se calcularon utilizando correcciones de porosidad al modelo Bricklayer.
