在实用型固体离子导体中，其离子传导借由空位跳跃机制实现。为了使比电子大的离子能够在晶格间跳跃，晶格需要局部扩展，离子传导的激活势垒除克服电势所需的能量外，还包括该晶格扩展所需的能量。

因此，在固体离子导体中，当通过施加外力使晶格发生应变时，晶格扩展所需的能量发生变化，电导率也随之改变。在内含大量残余应力的固体氧化物燃料电池和全固态锂离子二次电池等中，对这一电导率因应变而发生变化的现象（应变效应）进行了更详细的性能预测，此外，利用残余应力引起的应变来进一步提高电导率也备受关注。

然而，对于基础物理性质之一的应变，其电导率变化量的评估方法，例如使用大型机械测试仪施加外力，使膜变薄，然后通过薄膜和基板之间的晶格失配来引入应变，均难以对应变进行控制，因此评估方法的开发是一个重要课题。

研究人员注意到，在物体内传播的超声波区域的弹性波在物体内产生的密度疏密，在某一瞬间类似于静态应变，由此研究了以弹性波为应变源的应变效应，并阐明了在氧离子导体中由弹性波引起的晶格变形以与应变相同的方式改变电导率^（1）。本文将在此基础上，通过直接时域分析弹性波的影响，从而对应变效应进行定量评估。

将铂电极连接到典型氧离子导体——氧化钇稳定氧化锆（YSZ）单晶上，以形成电化学4端子电池。通过将石英玻璃棒的波导管粘在电池两端，经波导管引入由压电致动器产生的弹性波，可以在高温施加弹性波的状态下进行电化学测量。通过控制驱动压电致动器的正弦波的振幅和频率来控制弹性波的强度和频率，并通过示波器直接观察施加恒定电压时内部端子电压的变化，以评估应变效应。

图1 弹性波的影响

图1表示在373℃对电化学电池施加10V恒定电压的内部电压测量中，从外部引入53kHz、20V正弦波振荡的弹性波的结果。在与输入正弦波相同的周期内，内部电压反复升降约0.2V，并且该变化量与恒定电压的大小成正比。

此外，由于随着弹性波的停止，内部电压变得恒定，因此在与输入的正弦波相同的周期内，由驻波施加到YSZ的应变反复增减。该增减表明，弹性波施加到YSZ的应变会引起应变效应，进而导致电池的电导率发生变化。

参考文献：

(1) Miyoshi, Y., Watanabe, D., and Iguchi, F. “Strain Effects on Oxygen Ionic Conductivity of Yttria-Stabilized Zirconia Thin Films Subjected to Elastic Waves”, Journal of the Electrochemical Society, Vol. 167, no. 2, (2020),pp.024513.

利用弹性波对氧离子导体应变效应的时域分析