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Measurement of 18O tracer diffusion coefficients in thin yttria stabilized zirconia films

机译：氧化钇稳定的氧化锆薄膜中18O示踪剂扩散系数的测量

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摘要

In this paper we present a method to measure oxygen tracer diffusion coefficients in thin ion conducting films without being limited by slow oxygen incorporation kinetics. The method is based on a two step process. In the first step a substantial amount of 18O tracer is locally incorporated for example into an yttria stabilized zirconia (YSZ) layer at low temperatures with the aid of an electric current, thus overcoming slow thermal oxygen exchange while still limiting lateral diffusion to a minimum. In the second step controlled diffusion takes place at elevated temperatures in ultra high vacuum (UHV) to impede loss of tracer due to oxygen exchange at the film surface. In this second step the surface of the thin film may additionally be modified compared to the oxygen incorporation step. This allows to easily investigate effects of interfaces on ion transport. The achieved in-plane concentration profiles are then measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS). Comparison with electrical measurements on YSZ thin films proves the applicability of the method.
机译：在本文中，我们提出了一种方法来测量薄离子导电膜中氧示踪剂的扩散系数，而不受缓慢的氧掺入动力学的限制。该方法基于两步过程。在第一步中，大量的 18 O示踪剂例如在低温下借助于电流局部掺入到氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）层中，从而克服了缓慢的热氧交换仍将横向扩散限制到最小。在第二步中，在高温下以超高真空（UHV）进行受控扩散，以阻止由于膜表面的氧交换而导致的示踪剂损失。在该第二步骤中，与氧气掺入步骤相比，可以另外修饰薄膜的表面。这样可以轻松研究界面对离子传输的影响。然后通过二次离子质谱（SIMS）测量获得的面内浓度分布。与YSZ薄膜的电学测量结果进行比较，证明了该方法的适用性。

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