XPS AND IMPEDANCE SPECTROSCOPY OF Gd DOPED CeO₂ SUPERIONIC CERAMICS
T. Šalkus^a, V. Venckutė^a, E. Kazakevičius^a, V. Kazlauskienė^b, J. Miškinis^b, A. Kežionis^a, V. Kunigėlis^a, and A.F. Orliukas^a
aFaculty of Physics, Vilnius University, Saulėtekio 9, LT-10222 Vilnius, Lithuania
E-mail: tomas.salkus@ff.vu.lt
^bInstitute of Materials Science and Applied Research, Vilnius University, Naugarduko 24, LT-03225 Vilnius, Lithuania

Received 5 June 2009; revised 9 September 2009; accepted 15 September 2009

Ce_0.9Gd_0.1O_1.95 (CGO-10) and Ce_0.8Gd_0.2O_1.9 (CGO-20) ceramics have been sintered by using commercial powders of Fuel Cell Materials company. The powders of different surface area (BET [m²/g]) were used to prepare the ceramics. Elemental compositions of CGO solid electrolytes' surfaces have been investigated in 10^–7 Pa vacuum by X-ray photoelectron spectroscopy and the ratio Ce⁴⁺/Ce³⁺ has been estimated. Electrical parameters of CGO ceramics were investigated in the frequency range from 1 MHz to 1.2 GHz. Temperature-dependant bulk ionic conductivity $($σ_b) was found to follow the Arrhenius law. Ionic conductivity of CGO-10 was higher compared to that of CGO-20. The bulk ionic conductivity of CGO-10 ceramics slightly depended on the grain size of initial powder.

Keywords: CeO₂, ceramics, XPS, ionic conductivity

CeO₂ SU Gd PRIEDU SUPERJONINIŲ KERAMIKŲ RENTGENO SPINDULIŲ FOTOELEKTRONINIAI IR IMPEDANSINIAI SPEKTRAI

T. Šalkus^a, V. Venckutė^a, E. Kazakevičius^a, V. Kazlauskienė^b, J. Miškinis^b, A. Kežionis^a, V. Kunigėlis^a, A.F. Orliukas^a
aVilniaus universiteto Fizikos fakultetas, Vilnius, Lietuva
^bVilniaus universiteto Medžiagotyros ir taikomųjų mokslų institutas, Vilnius, Lietuva

Tiriamos kepintos CGO-10 ir CGO-20 keramikos. Joms gaminti buvo pasirinkti milteliai su skirtingu grūdelių paviršiaus plotu (BET [m²/g]). Elementinė CGO kietųjų elektrolitų sudėtis buvo tiriama 10^–7 Pa vakuume Rentgeno spinduliais sužadintų fotoelektronų spektroskopijos metodu, buvo nustatomas Ce⁴⁺/Ce³⁺ santykis bandinių paviršiuje. Elektriniai CGO keramikų parametrai tirti dažniuose nuo 1 MHz iki 1 GHz. Šiame intervale galima išskirti kristalitinį keramikų laidį (σ_b). Keičiant temperatūrą,$$ σ_b kinta pagal Arenijaus dėsnį. Kristalitinis CGO-10 keramikų laidis nežymiai priklauso nuo miltelių, iš kurių buvo gaminamos keramikos, grūdelių dydžių. Iš didžiausią paviršiaus plotą turinčių miltelių buvo pagaminta didžiausiu kristalitiniu laidžiu pasižyminti CGO-10 keramika, jos kristalitinio laidžio aktyvacijos energija $\Delta$E_b = 0,66 eV. CGO-20 laidis palyginus su CGO-10 yra mažesnis, o aktyvacijos energija didesnė, $\Delta$E_b = 0,78 eV.