FORMATION OF SAMARIUM DOPED CERIA THIN FILMS
G. Laukaitis^a, J. Dudonis^a, D. Virbukas^a, and D. Milčius^a,b
aPhysics Department, Kaunas University of Technology, Studentų 50, LT-51368 Kaunas, Lithuania
E-mail: gielauk@ktu.lt
^bCenter for Hydrogen Energy Technologies, Lithuania Energy Institute, Breslaujos 3, LT-44403 Kaunas, Lithuania
E-mail: milcius@mail.lei.lt

Received 22 September 2008; revised 2 February 2009; accepted 19 March 2009

Samarium doped ceria (SDC) thin films were deposited by e-beam evaporation of Sm_0.15Ce_0.85O_1.95 nanopowder. The influence of electron gun power and temperature of substrate (optical quartz and Alloy Fe–Ni–Cr) on film crystallite size and texture were studied. The formed SDC thin films were studied by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). It was determined that electron gun power (in range from 0.12 to 0.78 kW) has influence on crystallite size (increased from 5 to 19.2 nm) which increases as the gun power increases. The crystallite size increases from 12 to 47 nm by increasing substrate temperature from 100 to 600 ^$\circ$C. The texture of formed SDC thin films is not influenced by e-beam gun power and substrate temperature. The thermal treatment shows that deposited SDC thin films are stable and the crystallite size and texture are not changing during the heating and cooling.

Keywords: electron beam deposition, samarium doped ceria (SDC), solid oxide fuel cells (SOFCs), thermal treatment

CERIO OKSIDO SU SAMARIO PRIEMAIŠA PLONŲ SLUOKSNIŲ FORMAVIMAS
G. Laukaitis^a, J. Dudonis^a, D. Virbukas^a, D. Milčius^a,b
aKauno tehnologijos universitetas, Kaunas, Lietuva
^bLietuvos energetikos institutas, Kaunas, Lietuva

Dabar ieškoma naujų technologijų bei medžiagų, leidžiančių sumažinti kuro elementų darbo temperatūrą iki 500–600 ^$\circ$C. Viena tokių medžiagų yra cerio oksidas su samario priemaiša (SDC). SDC deguonies jonų laidumas priklauso nuo daugelio veiksnių, t. y. nuo temperatūros, itrio molinės koncentracijos, elektrolito darbo laiko, O^2– jonų koncentracijos, O^2– jonų difuzijos koeficiento, elektrolitų storio, kristalitų dydžio bei nuo kristalografinės grūdelių padėties. Šiuos parametrus galima kontroliuoti, naudojant vakuuminius fizikinius dangų formavimo metodus.
Cerio oksido su samario priemaiša ploni sluoksniai buvo formuojami elektroniniu garinimu iš Sm_0,15Ce_0,85O_1,95 nano miltelių. Nagrinėta elektronų pluošto galios ir padėklo (optinio kvarco ir Alloy 600 – Fe–Ni–Cr lydinio) temperatūros įtaka suformuotų plonų SDC sluoksnių mikrostruktūrai, tekstūrai bei kristalitų dydžiui. Suformuoti SDC sluoksniai tirti skenuojančiu elektroniniu mikroskopu (SEM) bei rentgeno spindulių difraktometru (XRD). Nustatyta, kad elektronų pluošto galia (keičiant ją nuo 0,12 iki 0,78 kW) veikia kristalitų dydį – kristalitai didėja nuo 5 iki 19,2 nm, didinant elektronų pluošto galią. Didinant padėklo temperatūrą nuo 100 iki 600 ^$\circ$C, kristalitai padidėja nuo 12 iki 47 nm. Suformuotų SDC sluoksnių tekstūra nėra veikiama padėklo temperatūros ar elektronų pluošto galios. Atkaitinimas parodė, kad užgarinti SDC sluoksniai yra stabilūs ir kristalitų dydis nei tekstūra nekinta, kaitinant ir aušinant suformuotus sluoksnius.