ВЛИЯНИЕ АКЦЕПТОРНОГО ДОПИРОВАНИЯ НА ТРАНСПОРТНЫЕ СВОЙСТВА СЛОЖНОГО ОКСИДА Ba₆Nd₂Ti₄O₁₇ СО СТРУКТУРОЙ РАДДЛЕСДЕНА-ПОППЕРА

Бубнова П.О., Веринкина Е.М., Корона Д.В., Анимица И.Е.

Уральский федеральный университет

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

Сложный оксид Ba₆Nd₂Ti₄O₁₇ относится к новому, перспективному классу протоннпроводящих соединений со структурой Раддлесдена-Поппера. Известно, что Ba₆Nd₂Ti₄O₁₇, демонстрирует рост электропроводности во влажной атмосфере, что предположительно связано с внедрением гидроксильных групп в структурный блок каменной соли (BaO). Интерес представляет изучение влияния акцепторного допирования на электрохимические свойства Ba₆Nd₂Ti₄O₁₇.

В настоящей работе были синтезированы образцы состава Ba₆Nd_1.9M_0.1Ti₄O_16.95 (где M = Ca, Sr, Ba), приготовлены керамические образцы на их основе и исследованы зависимости проводимости от температуры и парциального давления кислорода в сухой и влажной атмосферах.

Синтез осуществляли твердофазным методом. В качестве прекурсоров были использованы BaCO₃, Nd₂O₃, TiO₂, CaCO₃, SrCO₃. Реакционные смеси подвергались ступенчатому отжигу при температурах 1000 °C (24 часа), 1250 °C (96 часов). Фазовый состав образцов определен методом РФА с использованием дифрактометра XRD-7000 Maxima (Shimadzu, Япония). Сложные оксиды Ba₆Nd_1.9M_0.1Ti₄O_16.95 (M = Ca, Sr, Ba) характеризуется гексагональной симметрией, пр.гр. P63/mmc. Параметры элементарной ячейки Ca-допированного состава составляют a=b=5.978(1) Å, c=29.869(3) Å, для Sr- и Ba-допированного – a=b=5.980(1) Å, c=29.866(5) Å и a=b=5.985(1) Å, c=29.895(5) Å, соответственно.

Исследование электрических свойств проводили на керамических образцах Ba₆Nd_1.9M_0.1Ti₄O_16.95 (M = Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺), спеченных при 1250 °С в течение 24 часов. Электропроводность сложных оксидов измеряли методом электрохимического импеданса (Z-1000P, Elins, Россия) в частотном диапазоне 100 Гц – 3 МГц в сухом (pH₂O=3∙10^–5 атм) и влажном (pH₂O=2∙10^–2 атм) воздухе в интервале 350–1100 °С. Установлено, что среди Ba₆Nd_1.9M_0.1Ti₄O_16.95 (M = Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺) наиболее высокую электропроводность проявляет Ba₆Nd_1.9Ca_0.1Ti₄O_16.95, наиболее низкую – Ba₆Nd_1.9Sr_0.1Ti₄O_16.95, в сухой и влажной атмосферах. Во всем интервале температур значения общей электропроводности сложных оксидов во влажной атмосфере выше, чем в атмосфере сухого воздуха. Для уточнения типа проводимости образцов Ba₆Nd_1.9Ca_0.1Ti₄O_16.95 и Ba₆Nd_1.9Ba_0.1Ti₄O_16.95 была измерения электропроводность от парциального давления кислорода (Zirconia-M, Россия) в сухой и влажной атмосферах. Установлено, что как в сухой, так и во влажной атмосфере Ba₆Nd_1.9Ca_0.1Ti₄O_16.95 и Ba₆Nd_1.9Ba_0.1Ti₄O_16.95 являются смешанными ионно-дырочными проводниками при температурах выше 630 °С. Ниже 630 °С дырочный вклад в проводимость снижается и образцы являются преимущественно кислород-ионными проводниками.