ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДОГО РАСТВОРА НА ОСНОВЕ ФЕРРОКОБАЛЬТИТА ДИСПРОЗИЯ-СТРОНЦИЯ

Рудюк В.Д., Соломахина Е.Е., Урусова А.С.

Уральский федеральный университет

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Систематическое изучение фазовых равновесий в «квазитройных» оксидных системах ½Dy₂O₃ – SrO – ½Fe₂O₃ и ½Dy₂O₃ – SrO – CoO при 1373 К на воздухе установило формирование твердых растворов состава Dy_xSr_1–xMeO_3–δ (Me = Fe, Co) с достаточно широкой областью гомогенности. Известно, что перовскиты на основе феррокобальтитов щелочноземельных и редкоземельных металлов обладают рядом эффективных физико‑химических характеристик, таких как высокая электропроводность и термическая устойчивость, что делает их привлекательными для использования в качестве катодов твердооксидных топливных элементов. С учетом близости ионных радиусов и степеней окисления железа и кобальта можно ожидать формирования гомологичных рядов твердых растворов с широкой областью гомогенности, в которых реализуется замещение катионов как в А, так и в В-подрешетках перовскитной структуры.

В качестве объектов исследования были выбраны твердый раствор состава Dy_0.1Sr_0.9Fe_1–yCo_yO_3–δ (0.0 ≤ y ≤ 1.0; ∆y = 0.2). Синтез осуществляли по глицерин-нитратной технологии при 1373 К c промежуточными перетираниями с добавлением этанола. Заключительный отжиг проводили при 1373 К на воздухе, с последующим медленным охлаждением со скоростью 100 К/ч.

По результатам рентгеновской аттестации было установлено, что твердый раствор состава Dy_0.1Sr_0.9Fe_1–yCo_yO_3–δ обладает непрерывной областью гомогенности 0.0 ≤ y ≤ 1.0 и кристаллизуется в кубической элементарной ячейки (пр. гр. Pm$\overline{3}$m). Концентрационная зависимость параметра элементарной ячейки (a) близка к линейной, что подтверждает выполнение эмпирического правила Вегарда. По данным высокотемпературной термогравиметрии установлено, что кислородный обмен между образцом и газовой фазой начинается примерно при 670 К. Восстановлением в потоке водорода определено содержание кислорода при комнатной температуре для составов y = 0.1–0.9, которое лежит в интервале от 2.77 до 2.69 в зависимости от содержания кобальта.

Температурные зависимости электропроводности и термо-ЭДС при постоянном давлении были получены для образцов с y = 0.3–0.9 (∆y = 0.2) методом четырехконтактного измерения. Все температурные зависимости электрической проводимости имеют экстремальный характер: до ~670 К проводимость возрастает, после чего уменьшается. Максимальное значение электропроводности 463 См/см получено для образца состава Dy_0.1Sr_0.9Fe_0.1Co_0.9O_3–δ. Значения коэффициента Зеебека во всем измеренном температурном интервале остаются положительными, что указывает на p‑тип проводимости и подтверждает, что носителями заряда в данных оксидах являются электронные дырки.