By this author

Upper limit of mobility and concentration of charge carriers in fluoride superionic conductors with fluorite and tysonite structures

Issue number 3 from 01.03.2024

В рамках кристаллофизической модели рассчитаны максимальные значения подвижности и концентрации носителей заряда во фторидных суперионных проводниках, принадлежащих структурным типам флюорита (CaF₂, SrF₂, BaF₂, PbF₂) и тисонита (LaF₃). Показано, что верхние границы ионной проводимости, подвижности и концентрации носителей заряда в кристаллическом состоянии фторидных супериоников составляют 4 ± 1 См/см, (5 ± 1) × 10^–3 см^2/(сВ) и (5 ± 2) × × 10²¹ см^–3 (10 ± 4% от общего количества ионов фтора) соответственно.

133 0

Fluorine conducting ceramics based on BiF3

Issue number 3 from 01.03.2024

Методом импедансной спектроскопии исследована температурная зависимость ионной электропроводности керамического образца твердого электролита Bi_0.94Ba_0.06F_2.94 в интервале температур 293–473 K. Керамика получена твердофазным синтезом (873 K, 3 ч) в закрытой Cu-ампуле и представляет собой гетеровалентный твердый раствор тисонитовой структуры (пр. гр. ) с параметрами решетки a = 7.1482(8) и c = 7.3279(5) Å. Величина проводимости при комнатной температуре и ее энтальпия активации равны σ_cer = 3 × 10^–5 См/см и ∆H_σ = 0.49 ± 0.05 эВ соответственно. Сравниваются ионопроводящие свойства изоструктурных твердых электролитов Bi_1–yBa_yF_3–y и La_1–yBa_yF_3–y с близкими значениями ионных радиусов матричных катионов (1.17 и 1.16 Å для Bi³⁺ и La³⁺ соответственно). Проводимость при 473 K керамики Bi_0.94Ba_0.06F_2.94 превышает электропроводность керамики и монокристалла La_0.95Ba_0.05F_2.95 в 6 и 3.3 раза соответственно.

116 0

Synthesis of nano-sized solid electrolyte Pr_1–<i>y</i>Sr_<i>y</i>F_3–<i>y</i> and the effect of heat treatment on the ionic conductivity of fluoride nanoceramics

Issue number 4 from 01.04.2024

Нанокерамику твердого электролита Pr_1–ySr_yF_3–y (y = 0.03, пр. гр. P3c1) получали методом высокоэнергетического механодиспергирования выращенных из расплава кристаллов с последующим холодным прессованием. Фазовый состав, микроструктура, морфология и электрофизические свойства нанокерамики изучены методами рентгенофазового анализа, электронной микроскопии и импедансной спектроскопии. Значение проводимости синтезированной нанокерамики Pr_0.97Sr_0.03F_2.97 при комнатной температуре (σ_cer = 1.7 × 10^–7 См/см) существенно ниже проводимости исходного монокристалла (σ_crys = 4.0 × 10^–4 См/см), что обусловлено ее низкой (~75% от теоретического значения) плотностью. Термическая обработка нанокерамики при 823 K в вакууме приводит к росту величины σ_cer в 3 раза, а отжиг при 1273 K во фторирующей атмосфере – к дальнейшему росту проводимости (σ_cer = 4.3 × 10^–5 См/см) вследствие процесса собирательной рекристаллизации и значительному увеличению плотности керамики до 90%. Техника механического измельчения и последующая термообработка нанопорошка Pr_1–ySr_yF_3–y позволяют получать однофазную высокопроводящую керамику. Разработанная методика синтеза керамических фторидных наноматериалов в качестве технологической формы твердых электролитов является многообещающим направлением дальнейших разработок в области создания фтор-ионных источников тока и газовых датчиков фтора.

121 0

HIGH-TEMPERATURE ANOMALY OF THE ANIONIC CONDUCTIVITY IN LaF₃ CRYSTALS

Issue number 1 from 01.01.2023

Методом импедансной спектроскопии исследована анионная электропроводность σ_dc(T) монокристалла суперионного проводника LaF₃ в широком интервале температур 312–1073 К. Электрофизические измерения проводились в защитной атмосфере азота. В изученном температурном интервале значения σ_dc изменяются от 1.5 × 10^–5 до 7 × 10^–2 См/см (в ~5 × 10³ раз). Обнаружена высокотемпературная аномалия на температурной зависимости σ_dc(T) при T₀ ≈ 970 К, которая указывает, по-видимому, на начало размытого (фарадеевского) фазового перехода в структуре тисонита LaF₃.

65 0

IONIC CONDUCTIVITY AT ROOM TEMPERATURE AND THERMAL STABILITY OF CHLORINE-CONDUCTING SOLID ELECTROLYTES

Issue number 2 from 01.02.2023

Поиск хлорпроводящих твердых электролитов с высокой ионной проводимостью σ_{293 K} при комнатной температуре (293 K) основан на анализе температурных измерений электропроводности σ(T) индивидуальных и сложных соединений, твердых растворов, композитов и стекол. Сравнение хлоридов по термической стабильности базируется на основе анализа зависимостей σ(T) в циклических измерениях нагрев–охлаждение и физико-химических данных. Максимальные значения σ_{293 K} обнаружены для твердых растворов \({\text{P}}{{{\text{b}}}_{{1 - x}}}{{{\text{K}}}_{x}}{\text{C}}{{{\text{l}}}_{{2 - x}}}\) (3 × 10^–5 См/см) и \({\text{S}}{{{\text{n}}}_{{1 - x}}}{{{\text{K}}}_{x}}{\text{C}}{{{\text{l}}}_{{2 - x}}}\) (1 × 10⁻⁴ См/см). Перспективными направлениями поиска хлор-ионных твердых электролитов для химических источников тока и сенсоров на хлор, функционирующих при комнатной температуре, являются кристаллохимический метод гетеровалентных замещений и реализация вакансионного механизма электропроводности в кристаллических структурах типа котуннита (cotunnite PbCl₂) и флюорита (fluorite CaF₂). Проанализированы параметры ионной проводимости котуннитовых и флюоритовых кристаллов хлоридов и фторидов.

59 0

IONIC CONDUCTIVITY AND THERMAL STABILITY OF BiF₃ CRYSTALS

Issue number 2 from 01.02.2023

Исследованы температурная зависимость ионной электропроводности σ_dc(T) и термическая стабильность кристаллов BiF₃ со структурой ромбического β-YF₃ (пр. гр. Pnma, a = 6.5620(1), b = = 7.0144(1), c = 4.8410(1) Å, V/Z = 55.71 ų), выращенных из расплава методом вертикальной направленной кристаллизации. Электрофизические характеристики BiF₃ получены из импедансных измерений в интервале температур 360−540 K. Значение σ_dc при T = 500 K и энтальпия активации ионного переноса ΔH_a равны 2.5 × 10⁻⁵ См/см и 0.48 ± 0.05 эВ соответственно. Величина ΔH_a для изученного кристалла меньше в 1.4 раза по сравнению с изоструктурными редкоземельными (Tb, Ho, Er, Y) трифторидами, что обусловлено высокой электронной поляризуемостью и большим ионным радиусом катионов Bi³⁺. Обнаружено, что кристаллы BiF₃ термически стабильны до 550−600 K, при более высоких температурах они деградируют из-за сублимации вещества и пирогидролиза. Образование оксифторидных фаз \({\text{Bi}}{{{\text{O}}}_{x}}{{{\text{F}}}_{{3--2x}}}\) является причиной наблюдаемого скачка проводимости на зависимости σ_dc(T) при T ∼ 600 K.

66 0

COMPOSITION MATERIALS IN THE CaF2–BaF2 SYSTEM

Issue number 2 from 01.02.2023

Композиционные наноматериалы составов (1 – x)CaF\(_{2} - x\)BaF₂ с 0.4 ≤ х ≤ 0.6 получены методом направленной кристаллизации расплава во фторирующей атмосфере. Изучены структурные, оптические, механические и электрофизические характеристики полученных нанокомпозитов. Двухфазные композиты (1 – x)CaF\(_{2} - x\)BaF₂ имеют тонкую ламеллярную микроструктуру. Толщина ламелей уменьшается с увеличением содержания BaF₂ и достигает величины 30–50 нм для состава с x = 0.5. Композиты сохраняют высокую прозрачность в ИК-диапазоне, близкую к уровню исходных компонентов. Величины микротвердости (Н_V ∼ 5.0 ГПа) и ионной проводимости (σ_dc = = (1–3) × 10⁻³ См/см при 823 K) таких композитов существенно превышают соответствующие характеристики кристаллов CaF₂ и BaF₂. Изученные фторидные нанокомпозиты являются перспективными материалами для практического применения в фотонике и ионике твердого тела.

62 0

Study of Pb_0.5Cd_0.25Lu_0.25F_2.25 fluorite solid solution with congruent melting nature

Issue number 1 from 01.01.2025

Впервые исследованы оптические, механические и проводящие свойства кристаллической матрицы Pb_0.5Cd_0.25Lu_0.25F_2.25 в сравнении с кристаллами исходных однокомпонентных фторидов. Коротковолновая граница прозрачности трехкомпонентного смешанного кристалла определяется присутствием в его составе PbF₂, ИК-граница закономерно сдвигается до 15 мкм за счет наличия в составе LuF₃. Значение показателя преломления изученного твердого раствора n = 1.6889 на длине волны λ = 0.6328 мкм ниже, чем у кристалла PbF₂, за счет введения в состав менее поляризуемых компонентов CdF₂ и LuF₃. Для трехкомпонентного кристалла наблюдается существенное упрочнение, микротвердость H_V = 2.5 ГПа, что превышает значения твердости PbF₂ и CdF₂ практически на 40%. Электропроводность Pb_0.5Cd_0.25Lu_0.25F_2.25 s_dc при 500 K составляет 5.5 × 10⁻⁵ См/см, что соответствует уровню проводимости твердых растворов M_1−xLu_xF_2+x (M = Ca, Sr, Ba). Изученный многокомпонентный фторидный материал может являться перспективной кристаллической средой для различных фотонных приложений.

10 0