Bi2O3' e Ho2O3, Eu2O3 ve Er2O3 katkılanarak elekrolit malzeme sentezi ve termoelektriksel özelliklerinin karakterizasyonu
Synthesis of electrolyte materials by doping  Ho2O3 ,Eu2O3 and Er2O3 to Bi2O3  and characterization of thermoelectric features
Yazar: SEVDA YETİMAN
Danışman: PROF. DR. YILMAZ DAĞDEMİR
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada Bi2O3 taban olarak alınan değişen katkı oranlarında (Bi2O3)1-x-y-z (Ho2O3)x (Eu2O3)y (Er2O3)z  dörtlü sisteme ait on adet numune ısıl işleme tabi tutularak katı hal reaksiyonu ile sentezlenmiştir. Örneklerin yapısal, morfolojik, termal ve elektriksel özellikleri X-Işınları Difraktometresi (XRD), Diferansiyel Termal Analiz (TG/DTA) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile karakterize edildi. Elektriksel özellikleri tayin için ise dört nokta metodu kullanılmıştır.(Bi2O3)1-x-y-z (Ho2O3)x (Eu2O3)y (Er2O3)z  dörtlü sistemine ait  XRD ölçümleri sonuçları göstermiştir ki ısıl işlem uygulanmadan önce kararsız fazda olan numuneler ısıl işlem sonucu kararlı δ (kübik)-fazına geçmiştir. Sıcaklığa bağlı elektriksel iletkenlik ölçüm sonuçlarından elde edilen en yüksek iletkenlik değeri (Bi2O3)85 (Ho2O3)5 (Eu2O3)5 (Er2O3)5 sisteminde 762°C'de 2,08 x 10-1 (Ω.cm)-1'dir. Elektriksel iletkenlik sonucu aktivasyon enerjilerinin 0,61eV≤Ea≤2,54eV aralığında değiştiği kaydedilmiştir. Yapılan TG ölçümleri sonucu bazı numunelerde % 0,05 mg kadar önemsenmeyecek bir azalış görülmüştür. DTA ölçümleri ile termal kararlılık tayini yapılarak örneklerin kararlı  δ- Bi2O3 fazına ait olduğu görülmüştür. Başlangıçta kararsız olan tüm numuneler ısıl işlem sonucu kararlı faza geçmiştir. İncelenen SEM görüntülerinde ise Ho oranındaki artışın tanecik boyutunu küçülttüğü kanısına varıldı. Elde ettiğimiz sonuçlar literatürdekilerle karşılaştırılarak sentezini gerçekleştirdiğimiz katı elektrolit malzemelerin  verimli bir şekilde katı oksit yakıt pillerinin üretiminde kullanılabileceği kanısına varıldı.

Abstract:
In this study, ten samples of (Bi2O3)1-x-y-z (Ho2O3)x (Eu2O3)y (Er2O3)z quaternary system were synthesized by solid state reaction in varying additive ratios, Bi2O3 was taken as base. The structural, morphological, thermal and electrical properties of the samples were characterized by X-Ray Diffractometer (XRD), Differential Thermal Analysis (TG/DTA) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Four point method was used to determine electrical properties.The results of XRD measurements of (Bi2O3)1-x-y-z (Ho2O3)x (Eu2O3)y (Er2O3)z quadrature system showed that the samples in unstable phase prior to the heat treatment were passed to the stable δ (cubic) phase after the heat treatment. The highest conductivity value obtained from temperature-dependent electrical conductivity measurement results is 2.08 x 10-1 (Ω.cm)-1 at 762°C in (Bi2O3)85 (Ho2O3)5 (Eu2O3)5 (Er2O3)5 system. It was recorded that the activation energies changed as 0,61eV≤Ea≤ 2,54eV as a result of electrical conductivity. As a result of the TG measurements,  an insignificant decrease of 0.05% mg was shown  in some samples. Thermal stability was determined by DTA measurements and the samples were found to be stable δ-Bi2O3 phase. As the consequence of heat treatment, all of the samples that had initially unstable phase have passed into stable phase.  It was concluded that the increase in Ho ratio decreased the particle size in the SEM images examined. It is concluded that the solid electrolyte materials we synthesized  can be used efficiently in the production of solid oxide fuel cells by comparing the results with those in the literature.