ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОБАЛЬТИТОВ ПРАЗЕОДИМА-БАРИЯ
Яговитин Р.Е., Иванов И.Л., Середа В.В., Цветков Д.С.,
Малышкин Д.А., Зуев А.Ю.
Уральский федеральный университет
620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19
Кобальтиты редкоземельных и щелочноземельных металлов с общей формулой RE1-xBxCoO3-δ, где RE и B – редкоземельный и щелочноземельный металл соответственно, являются перспективными материалами для создания электрохимических устройств, таких как катоды твердооксидных топливных элементов, кислородпроницаемые мембраны и мембраны электролизёров. В настоящей работе представлены результаты измерений и моделирования коэффициента Зеебека и электропроводности кобальтитов состава Pr1-xBaxCoO3-δ.
Образцы кобальтитов празеодима-бария с 0 ≤ x ≤ 1/3 были получены методом классического твердофазного синтеза. Аттестация синтезированных образцов проводилась методом рентгенофазового анализа и сканирующей электронной микроскопии. Для проведения измерений из синтезированных образцов были изготовлены керамические бруски. Электропроводность и коэффициент Зеебека кобальтитов празеодима-бария были измерены четырехконтактным методом.
По результатам измерений выявлен ряд закономерностей. Во-первых, продемонстрирован общий тренд уменьшения коэффициента Зеебека и увеличения электропроводности кобальтитов при повышении содержания бария. Во-вторых, установлено влияние процесса кислородного обмена между кобальтитом и атмосферой на электрофизические свойства сложного оксида. Кислородный обмен приводит к увеличению коэффициента Зеебека и снижению общей электропроводности.
Для количественного описания результатов измерений была использована модель поляронов малого радиуса. На основании данной модели был проведен расчет энергетических параметров переноса и подвижности дырок в кобальтитах празеодима-бария. Показано, что увеличение содержания бария в кобальтите приводит к уменьшению энергии активации подвижности и теплоты переноса дырок, а также к увеличению их подвижности. Для кобальтитов с малым содержанием бария (0 ≤ x ≤ 0.1) энергия активации подвижности носителей заряда существенно зависит от температуры, что обусловлено проявлением спиновых переходов атомов Co3+. Спиновые переходы также приводят к значительному увеличению подвижности носителей заряда, что позволяет классифицировать описанный переход как переход типа «металл-изолятор».