ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ФАЗОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ BaSn1-xInxO3-δ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ИНДИЯ
Акопян М.Т.(1,2), Маткин Д.Е.(1,2), Медведев Д.А.(1,2)
(1) Уральский федеральный университет
620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19
(2) Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН
620137, г. Екатеринбург, ул. Академическая, д. 20
Область гомогенности хорошо известных протнпроводящих [1] материалов, например BaCeO3, часто ограничена 20 мол. % акцепторного допанта [2]. Однако станнаты бария формируют однофазные твердые растворы вплоть до 50 мол. % допирования [3], что предоставляет возможность для исследования области высоких концентраций дефектов. Изучение термохимического поведения данных материалов позволяет изучить процесс гидратации. Именно этот процесс обеспечивает образование протонных дефектов в структуре первоскита при повышенной температуре [1], определяя тем самым величину протонной проводимости и другие функциональные характеристики материала.
В данной работе был использован метод высокотемпературной порошковой рентгеновской дифракции (ВТ-РФА). Порошки BaSn1-xInxO3-δ (x = 0.05-0.60) были синтезированы твердофазным методом. ВТ-РФА подтвердил формирование однофазных керамических материалов с кубической структурой первоскита (пр. гр. Pm-3m) во всем исследуемом диапазоне концентраций индия. Для сильнодопированных образцов (x ≥ 0.30) в интервале 200-450 °C обнаружено химическое сжатие, а при комнатной температуре зафиксирована вторая, более гидратированная фаза. того же катионного состава. На основе температурных зависимостей параметров решетки были рассчитаны относительные изменения размеров параметра решетки (∆a/a0). Коэффициент термического расширения (КТР), возрастает с 11.0·10-6 К-1 для x = 0 до 13.5·10-6 К-1 для x = 0.60.
В работе впервые систематически изучено термохимическое поведение BaSnx-1InxO3-δ в широком диапазоне концентраций допанта. Обратимая гидратация индуцирует значительное химическое расширение, которое для сильнолегированных составов отклоняет параметры решетки от линейного тренда.
1. Kreuer K.D. Proton-conducting Oxides // Annual Review of Materials Research, 2003. 33, 1, 333–359 https://doi.org/10.1146/annurev.matsci.33.022802.091825
2. Yamazaki Y., Yang C.K., Haile S.M. Unraveling the defect chemistry and proton uptake of yttrium-doped barium zirconate // Scripta Materialia, 2011. 65, 2, 102–107 https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2010.12.034
3. Wang Y., Chesnaud A., Bevillon E., Dezanneau G. Properties of Y-doped BaSnO3 proton conductors // Solid State Ionics, 2012. 214, 45–55 https://doi.org/10.1016/j.ssi.2012.02.045