ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ, ТЕРМИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИНДАТА БАРИЯ Ba₂In₂O₅ ПРИ ЧАСТИЧНОМ ЗАМЕЩЕНИИ ПОЗИЦИЙ БАРИЯ НА КАЛИЙ И ПОЗИЦИЙ ИНДИЯ НА СЕРУ

Иванова С.В., Корона Д.В., Кочетова Н.А.

Уральский федеральный университет

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

Разработка электролитических материалов для создания твердооксидных топливных элементов остается актуальной задачей. В фокусе исследований – сложные оксиды со смешенной (кислородно‑ионной и протонной) проводимостью. Особое внимание привлекает индат бария Ba₂In₂O₅ со структурой типа браунмиллерита. Несмотря на способность проявлять протонную проводимость, сложный оксид демонстрирует низкие электропроводности из‑за упорядоченного расположения структурных кислородных вакансий. Введение допантов разного типа в катионную подрешетку позволяет частично или полностью разупорядочить вакансии, что улучшает электротранспортные свойства, открывая путь к практическому применению. Так, перспективно замещение неметаллическими элементами, описаны состава с замещением позиций индия на атомы серы. С другой стороны, для ряда Ва-содержащих сложных оксидов показано, что частичное замещение бария на калий может увеличивать химическую стабильность.

В работе было проведено одновременное замещение Ва-позиций в структуре Ba₂In₂O₅ на атомы калия и In-позиций на атомы серы, изучен твердый раствор состава Ba_1.8K_0.2In_1.9S_0.1O_5.05. Синтез осуществляли твердофазным методом из исходных реагентов BaCO₃, In₂O₃ и K₂SO₄ в интервале температур 800 – 1250 ^оС.

По данным рентгенофазового анализа (XRD-7000 Maxima, Shimadzu, Япония) установлено, что образец имеет ромбическую структуру типа браунмиллерита (пр.гр. Icmm) с параметрами элементарной ячейки: a=6.036(6) Å, b=16.804(9) Å, c= 5.970(8) Å. Параметры и объем элементарной ячейки при введении заместителей уменьшаются. Изображения порошка, полученные методом сканирующей электронной микроскопии (VEGA3, Tescan, Чехия), демонстрируют однородную морфологию с преобладанием пластинчатых кристаллитов.

Данные термического анализа (STA 409 PC Luxx, Netzsch, Германия) подтвердили, что образец Ba_1.8K_0.2In_1.9S_0.1O_5.05 способен к обратимому взаимодействию с парами воды. Количество поглощенной воды соотносится с концентрацией структурных вакансий кислорода.

Электрические свойства были измерены методом электрохимического импеданса (Z-1000P, Elins, Россия) в атмосферах сухого (рН₂О=3·10^-5 атм.) и важного (рН₂О=2·10^-2 атм.) воздуха. Было подтверждено увеличение общей электропроводности во влажной атмосфере, связанное с появлением протонного вклада проводимости. Величина общей электропроводности изученного сложного оксида Ba_1.8K_0.2In_1.9S_0.1O_5.05 превышает значения, полученные для Ba₂In₂O_5.

В дальнейшем планируется изучение химической стабильности образца в атмосфере углекислого газа.