Особенности электропроводности монокристаллов стабилизированного ZrO2

Материалы на основе диоксида циркония обладают рядом уникальных физико-химических, механических и электрических свойств, что, определяет их использование в различных областях, в т. ч. в медицине и технике. Материалы твердых электролитов на основе частично или полностью стабилизированного ZrO₂ на сегодняшний день являются наиболее исследованными и востребованными для практического применения (в частности, в твердооксидных топливных элементах). Основным свойством данных материалов является наличие исключительно анионной проводимости, что и определяет их использование в ТОТЭ в качестве электролитической мембраны.

Основной целью данной работы является изучение транспортных свойств монокристаллов на основе диоксида циркония и их зависимости от концентрации стабилизатора. Исследования удобно проводить именно на монокристаллических образцах, а не на керамиках ввиду отсутствия межзеренных границ, которые, в свою очередь, обладают отличными от объемных характеристиками, а так же оказывают влияние на стабильность измерений.

Таким образом, полученные результаты измерений такой физической характеристики, как электропроводность, будут относится только к объему материала и будут исключать влияние межзеренных границ, что существенно облегчит выбор состава и поможет оценивать качество изделий из керамического материала, используемого в ТОТЭ.

В данной работе методом импедансной спектроскопии измерена электропроводность монокристаллов частично-стабилизированного циркония (ЧСЦ) семейства Zr(1-x-y)Sc(y)Y(x)O(2-z), построена температурная зависимость.

На рисунке 2 показан пример годографа импеданса для образца 10ScSZ ( 10 моль% Sc₂O₃ 90 моль% ZrO₂ ), измерянного при температуре 400°С. Для расшифровки спектра была построена электрическая эквивалентная схема (рис. 1).

Рисунок 1 - Электрическая эквивалентная схема

Рисунок 2 - Пример годографа импеданса для образца 10ScSZ

Работа проведена на базе Института физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН).

Научные руководители - к. ф. -м. н., доц. Табачкова Н. Ю., к. ф. -м. н., с.н.с. Бурмистров И. Н.