Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3–δ（BSCF）基氧化物材料因其兼具高氧离子传导性和电子传导性，而成为最具潜力的混合离子-电子导体之一。此外，这类材料还具有较高的氧渗透通量以及较低的比电阻，同时其交换电流密度也更高，从而展现出优异的整体电化学性能。这些特性使得BSCF成为用作氧选择性膜基底材料的理想选择[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]。另外，即使在约700℃的适中温度下，BSCF仍保持较高的电化学活性，这使其成为固体氧化物燃料电池电极的优质候选材料[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]。
当前的研究工作主要集中在提升BSCF的关键功能特性上。主要研究方向包括增强离子传输以提高氧渗透性，通过控制化学膨胀和热膨胀来提升热化学稳定性，以及优化材料的机械强度和微观结构[1]、[12]。在这一领域中，一个尤为重要的目标就是制造相对密度超过90%的高密度陶瓷材料。为获得所需的性能，人们主要采用两种策略：要么修改A位或B位亚晶格中的阳离子组成[1]、[2]、[3]、[9]、[10]、[11]，要么改进合成工艺。
关于BSCF的合成方法，已有大量文献报道，其中包括固态反应法[2]、[3]、[9]、[10]、[15]、[16]、甘油-硝酸盐法[17]、[18]、Pechini法[13]、[14]以及喷雾热解法[7]、[8]、[19]、[20]。研究表明，所选择的合成路线会显著影响材料的关键特性，如颗粒形态、电导率、晶粒尺寸以及表面微观结构。这些参数对于决定材料在实际应用中的性能至关重要，比如在氧传输膜或固体氧化物燃料电池阴极中的应用。然而，大多数传统合成方法的共同缺点是需要长时间的高温退火处理，通常温度在1000℃及以上。此外，这些方法往往耗时费力、流程复杂，且难以实现大规模生产。因此，开发能够高效制备出化学计量比严格控制的均匀粉末的合成方法，是一项重要的科学和技术挑战。这样的方法有助于有针对性地设计陶瓷微观结构，从而精确调控与晶粒内部及晶界相关的性能。
与固态合成相比，从液体溶液中进行合成具有一定的优势：首先，固态合成中使用的研磨颗粒大小受研磨方式限制，通常较大，而溶液中的离子尺寸则小几个数量级；其次，溶液中离子的扩散速度更快，这有助于实现更好的离子分布，从而使所得材料的性能更加均匀[21]、[22]、[23]、[24]。换言之，液相合成方法能够实现干凝胶颗粒的有序形成，进而调控陶瓷的微观结构和相组成。在所有能够获得纳米级分散粉末的合成方法中，共沉淀法作为溶胶-凝胶技术的一种特殊形式，效果最为显著[25]。不过需要指出的是，实验室中常用的混合器——无论是磁力搅拌器还是带有轴和叶轮的反应器——其混合效果都非常差[26]：用于评估混合程度的分离指数Xs，当完全分离时Xs值为1，理想混合状态下为0，而实验中发现搅拌罐反应器的Xs值仅为0.5，且与该叶轮的旋转速度无关[26]。此外，这类混合器的能量耗散率均匀性也很低[27]。因此，有必要设计并研究新型微反应器，以实现更高的混合效率以及更好的性能表现。
在[28]中，从混合时间、分离指数以及单位能量耗散率三个角度对八种不同类型的微混合器进行了比较。Hartridge–Roughton反应器（也称为旋风式混合器）[29]的本体上装有两条切向进液管，由于两股进液的旋转作用，此类反应器内会形成涡流，其混合效果极为出色[30]。实验表明，当进液流速为5升/小时时，其分离指数通常低于0.025，混合时间则少于5毫秒[30]。
从混合效率来看，Hartridge–Roughton反应器属于最先进的微反应器之一，因为它能在相对较小的空间内产生强烈的旋流：其进液管的直径约为1毫米，而出液管直径则为2毫米。在一些研究中[30]，甚至还使用了更小的旋风式混合器，其尺寸约为0.1毫米。如此小的尺寸会导致处理量极低（低于15升/小时）。此外，溶液首先在反应器的上部区域接触，而该区域的能量耗散率最低，这也使得其混合效果不如那些具有强烈旋流特性的微反应器（如MRISF-1和MRISF-2）[31]、[32]。相比之下，具有强烈旋流特性的微反应器在悬浮液处理方面的性能可达每分钟7升，而合成纳米颗粒时的日产量则可达250–350公斤。
近期的一些研究[33]分析了宏观混合和微观混合质量对纳米颗粒成核生长过程中共沉淀及其他反应的显著影响。研究表明，材料的各种功能特性是在不同的尺度层面上形成的，从元素和化学成分层面，到液体环境中试剂之间的纳米级和微观级相互作用层面，均会影响材料的最终性能[33]。
根据Debye-Smoluchowski理论[34]，溶液中化学反应的速率不仅取决于反应本身的动力学特性，还与离子（或分子）向反应区的传输速率有关。因此，微观混合质量对于旨在制备纳米级和亚微米级颗粒的共沉淀过程而言起着至关重要的作用。在本研究中，我们采用了具有极高微观混合质量的强烈旋流型微反应器[35]、[36]（见下图1），以此展示利用微反应器合成无机材料纳米颗粒——即BSCF——的优势。
因此，在本研究中，我们采用了一种新的微混合方法来合成BSCF，该方法使用了两种设计不同的反应器，二者主要区别在于前驱体流体的流动方向。随后，我们对所得钙钛矿材料的基本性质进行了系统分析，包括相结构、形态、陶瓷孔隙率、热膨胀系数、氧非化学计量比以及电导率等方面。
关于本研究中使用的具有强烈旋流特性的微反应器的微观混合质量的相关细节，详见附录1。
