电导弛豫法中特征时间分布(DCT)与ECRTOOLS的对比分析：揭示混合导体中氧传输动力学的多机制耦合机制

本研究针对传统ECRTOOLS方法在分析混合离子-电子导体(MIECs)氧传输动力学时存在的单机制假设局限，创新性地引入特征时间分布(DCT)方法。通过Sr2Fe1.5Mo0.5O6?δ(SFM)模型的实验验证，证实DCT能解析表面交换控制(单峰)、体相扩散控制(τP1/τP2=9)和混合控制(τP1/τP2>9)等多机制耦合过程，为固体氧化物燃料电池等器件设计提供新思路。

　　

在能源材料领域，混合离子-电子导体(MIECs)因其独特的双载流子传输机制，成为固体氧化物燃料电池(SOFC)、氧分离膜等器件的核心材料。然而，传统电导弛豫法(ECR)分析工具ECRTOOLS存在两大瓶颈：其基于三维Fick扩散方程的单机制假设难以解析复杂材料中的多尺度传输过程，且线性边界条件常导致违反Biot数一致性的非物理参数。这些局限严重制约了高性能MIECs的开发。

哈尔滨工业大学的研究团队在《Materials Science and Engineering: B》发表论文，通过对比特征时间分布(DCT)与ECRTOOLS方法，系统研究了钙钛矿Sr₂Fe_1.5Mo_0.5O_6?δ(SFM)的氧传输动力学。研究采用溶胶-凝胶法制备致密SFM样品，通过阶跃式氧分压(pO₂)变化诱发电导弛豫，结合直流四探针技术监测瞬态响应。DCT方法通过Tikhonov正则化将时域数据转换为频域谱，而ECRTOOLS则采用非线性回归拟合三维扩散方程。

Experimental部分
采用严格控制的烧结工艺(1200°C/3°C·min^?1)获得相对密度>95%的SFM样品，确保体相扩散主导的弛豫过程。通过四探针法在650-850°C范围内测量阶跃pO₂变化下的电导率瞬态曲线。

Results and discussion部分

1. 时频分析对比：DCT通过χ-log₁₀τ谱图清晰区分三种动力学模式：表面交换控制表现为单峰(P1)，体相扩散控制显示双峰(τ_P1/τ_P2=9)，混合控制则呈现τ_P1/τ_P2>9的多峰结构。而ECRTOOLS因强制单机制拟合，在混合控制区产生高达15%的残差。

2. 参数提取差异：当Bi≈1时，ECRTOOLS给出的k值(3.2×10^?4 cm·s^?1)与DCT结果(2.8×10^?4 cm·s^?1)偏差达14%，且违反L_xk/D=Bi的约束条件。

3. 微观机制关联：DCT谱中τ_P2峰的展宽现象被归因于氧空位(V_O••)与表面铁位点的耦合作用，这种协同效应在传统方法中无法量化。

Conclusions部分
研究确立DCT为解析MIECs复杂传输机制的新标准：其通过特征时间分布识别主导动力学路径的能力，解决了传统方法在混合控制区的失效问题；提出的τ_P1/τ_P2判据(>9为混合控制)为材料优化提供量化指标。尽管非理想谱图(如噪声引起的伪峰)的解析仍存挑战，该方法为设计下一代电化学器件奠定了分析方法基础。

这项工作由Chengjie Gong等完成，获得国家自然科学基金(52371008)和中国航发集团创新基金(JK65230327)支持。论文通过方法学创新，将MIECs动力学研究从"黑箱拟合"推进到"机制可视化"的新阶段，对发展新型SOFC电极材料具有重要指导意义。