20ng 0 ng ng coth
3.1. Các oxit YSZ, YDC
Các chất điện phân CeO2 và ZrO2 không phải là các vật dẫn tốt, có rất ít các vacancy trong Ceria và Zirconia do năng lượng hình thành vacancy cao. ằng cách thay thế các ion R4+
(R là kí hiệu chung cho các ion Ce4+ và Zr4+) bằng các ion Y3+
, nhiều vacancy oxi sẽ được tạo ra trong mạng con anion để duy trì tính trung hồ điện tích trong mạng tinh thể vì các ion Y3+
có điện tích thấp hơn các cation gốc [69, 107], [109, 150]. Hệ YSZ được biết đến là một vật dẫn ion oxi nổi tiếng, và được xem như một chất điện phân trong các pin điện phân oxit rắn (SOFC). Việc pha tạp thêm yttria vào zirconia sẽ làm bền pha lập phương và làm tăng độ dẫn. Với cấu trúc fluorit, sự có mặt của các vacancy oxi cho phép các ion oxi được chèn vào các nút mạng của hệ
YDC và hệ YSZ có tác dụng làm giàu oxi [88]. Ngồi ra các vật liệu YDC và YSZ có nhiều ứng dụng phổ biến trong các pin nhiên liệu, các cảm biến oxi, màng chịu nhiệt, các thiết bị xúc tác dự trữ cao và các ứng dụng liên quan khác.
Nhiều nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành với các chất xúc tác khác nhau [18, 19] để nghiên cứu dao động mạng và cấu trúc của CeO2 [36, 62, 66, 136, 137]. Các nghiên cứu lí thuyết về cấu trúc, độ bền và hình dạng của các tinh thể Ceria đã được thực hiện bằng cách sử dụng phương pháp mô phỏng [128]. Nghiên cứu sự thay đổi hằng số mạng của hệ YDC và YSZ theo nồng độ pha tạp được tiến hành bằng mô phỏng MD [77, 118] và từ thực nghiệm nhiễu xạ tia X (XRD) ở nhiệt độ 300 K và áp suất bên ngồi bằng khơng [96, 147]. Phương pháp MCS đã được phát triển để tính tốn hằng số mạng, hệ số đàn hồi, môđun khối,… trong Zirconia lí tưởng và hệ YSZ [47, 84]. Phương pháp tính tốn từ các ngun lí đầu tiên hoặc các tính tốn ab initio dựa vào việc giải phương trình Kohn-Sham hoặc Hartree-Fock đối với hệ điện tử đưa ra thơng tin xác thực nhất về các tính chất của zirconia và hệ YSZ. Tuy nhiên, các phương pháp này chỉ có thể áp dụng đối với các cấu trúc đơn giản gồm một vài nguyên tử trên ô mạng. Trong khi hiệu ứng phi điều hồ của dao động mạng đóng một vai trị quan trọng khơng thể bỏ qua nhưng lại khơng được tính đến. Trong vài thập kỉ đã qua, đa số các nghiên cứu lí thuyết về các tính chất nhiệt động và đàn hồi của các vật liệu oxit được tính tốn ở nhiệt độ khơng tuyệt đối hoặc ở vùng nhiệt độ thấp mà khơng tính đến ảnh hưởng của các dao động mạng vì nhiệt. Các nghiên cứu về tính bền, chuyển pha cấu trúc và các đại lượng nhiệt động, đàn hồi của hệ YSZ và YDC phụ thuộc nhiệt độ, áp suất chưa được hiểu đầy đủ. Vì vậy các vật liệu này tiếp tục là đối tượng quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học thực nghiệm và lí thuyết.