КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ BaMn_1-xFe_xO_3-δ

Иванова А.К., Волкова Н.Е.

Уральский федеральный университет

620062, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Сложные оксиды на основе ферритов и манганитов щелочноземельных металлов с перовскитоподобной структурой являются перспективными материалами для создания высокоэффективных электродов твердооксидных и протонно-керамических топливных элементов. Оксиды на основе BaFeO_3-δ и BaMnO_3-δ проявляют приемлемые значения электропроводности и низкую склонность к деградации при работе в окислительных средах при повышенной температуре. Однако, кристаллическая структура незамещенных BaFeO_3-δ и BaMnO_3-δ в значительной мере определяется содержанием кислорода (3-δ), а, следовательно, и условием их получения. Поэтому целью данной работы являлся синтез твердых растворов BaMn_1-xFe_xO_3-δ, изучение их кристаллической структуры и физико-химических свойств в широком диапазоне температур.

Синтез BaMn_1-xFe_xO_3-δ (x = 0.1 - 0.9) проводили по цитратно-нитратной технологии. Заключительный отжиг проводили при температуре 1300 ºС с последующим медленным охлаждением до комнатной температуры. Фазовый состав образцов был определен методом рентгенофазового анализа с использованием дифрактометра Inel, уточнение кристаллической структуры проводилось методом Ритвелда с помощью программы “Fullprof 2019”.

По данным рентгенофазового анализа установлено, что оксиды BaMn_1-xFe_xO_3-δ обладают слоистой гексагональной структурой (пр. гр. P6₃/mmc). Для всех образцов из рентгеновских данных рассчитаны параметры элементарной ячейки.

Содержание кислорода BaMn_1-xFe_xO_3-δ образцов было изучено методом окислительное восстановительного титрования и термогравиметрического анализа в диапазоне 25-1100 ºС. Установлено, что обмен кислородом оксидов с газовой фазой происходит выше 400 ºС.

Для изучения термического расширения и электротранспортных свойств из образцов состава BaMn_1-xFe_xO_3-δ (x = 0.2, 0.6) была спрессована керамика. Общая электропроводность обоих образцов увеличивается с ростом температуры. Коэффициент термо-ЭДС оксида BaMn_0.4Fe_0.6O_3-δ остается положительным во всем исследованном интервале температур, что указывает на преимущественно дырочный тип проводимости. Для BaMn_0.8Fe_0.2O_3-δ в интервале температур 500-800 ºС происходит смена типа проводимости от дырочной к электронной. Зависимости относительного удлинения образца BaMn_0.8Fe_0.2O_3-δ, полученные в режиме нагревания и охлаждения совпадают, а для BaMn_0.4Fe_0.6O_3-δ - проявляет значительный гистерезис. Средний КТР для обоих соединений составляет около 15×10^-6 К^-1.