Регистрация / Вход
Прислать материал

Влияние двойного легирования на структуру, фазовый состав и транспортные свойства монокристаллов ZrO2

Фамилия
Степанова
Имя
Екатерина
Отчество
Алексеевна
Номинация
Нанотехнологии
Институт
Новых материалов и нанотехнологий (ИНМиН)
Кафедра
Материаловедения полупроводников и диэлектриков
Академическая группа
ММП-15-1
Научный руководитель
к. ф.-м.н., доц. Табачкова Н.Ю.
Название тезиса
Влияние двойного легирования на структуру, фазовый состав и транспортные свойства монокристаллов ZrO2
Тезис

Материалы на основе ZrO2, совместно стабилизированные Sc2O3 и Y2O3, используемые в твердооксидных топливных элементах, вызывают большой интерес, поскольку они обладают наивысшей ионной проводимостью среди твердых электролитов на основе ZrO2.

Исследования структуры и транспортных характеристик были проведены на кристаллах, на основе диоксида циркония, солегированных оксидами скандия и иттрия, полученных методом направленной кристаллизации расплава, в широком диапазоне составов (ZrO2)1-x-y(Sc2O3)x(Y2O3)y (x = 0.07 – 0.12; y = 0.01 – 0.04).

Показано, что получение однородных монокристаллов диоксида циркония возможно при определенных концентрациях стабилизирующих оксидов. Так, для получения монокристаллов полностью стабилизированного диоксида циркония суммарная концентрация стабилизирующих оксидов скандия и иттрия находится в интервале концентраций 10 - 12 мол.%.

Исследование структуры и фазового состава кристаллов показало, что кристаллы, обладающие наибольшей проводимостью, по своей структуре являются граничными между тетрагональной и кубической структурой. Метод рентгеновской дифрактометрии идентифицирует  структуру таких кристаллов как кубическую, а методы комбинационного рассеяния света и просвечивающей электронной микроскопии показывают, что имеет место тетрагональная структура - фаза, которая характеризуется малой величиной смещения ионов кислорода в анионной подрешетки вдоль оси с, далее t''-фаза. Для оценки фазовой устойчивости твердых растворов к механическим воздействиям кристаллы истирали в порошок и методом рентгеновской дифрактометрии контролировали изменение фазового состава - фазовой устойчивостью обладали кристаллы с суммарной концентрацией стабилизирующих оксидов, не превышающей 12 мол.%.

Исследование транспортных характеристик кристаллов методом импедансной спектроскопии показало,  что солегирование Y2O3 влияет на проводимость кристаллов различным образом и зависит от содержания Sc2O3 в исходном составе. 

Установлено, что на проводимость может влиять  так же степень тетрагональности структуры. Возможно,  положение кислорода, как в кубической структуре, так и в явно выраженной тетрагональной структуре снижает подвижность кислорода по сравнению с неустойчивым его положением в решетке t``-фазы.