CC BY
11ВКВ0-2023 СТЕНДОВЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ ИОННОЙ ПРОВОДИМОСТИ ИК ВОЛОКОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ГАЛОГЕНИДОВ СЕРЕБРА И ТАЛЛИЯ (I)
Южаков И.В., Салимгареев Д.Д., Южакова А.А., Львов А.Е., Шмыгалев А.С.,
Корсаков А.С., Жукова Л.В. *
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-488-489
Разработке оптических материалов для инфракрасной (ИК) волоконной оптики сопутствует обширное исследование их физико-химических свойств, среди которых не только оптические и механические характеристики, но и электрические и тепловые, что впоследствии требуется для обозначения областей применения изделий и устройств, содержащих ИК световоды. Более ранние исследования галогенидных монокристаллов показали возникновение в них суперионной проводимости при повышении температуры [1] с сохранением характерных для ионных проводников вольт-амперных характеристик [2]. В связи с этим для новых монокристаллов и оптической керамики, предназначенной также для изготовления волоконной оптики, представляет интерес исследование ионной проводимости в зависимости от температуры. Независимо от типа материала (монокристалл или керамика), преобладающим механизмом является ионная проводимость, в связи с чем для описания используется двухэлектродная схема, по которой экспериментально определяется удельная проводимость и по уравнению Аррениуса-Френкеля диффузия ионов [3].
Для измерения электрических свойств кристаллов галогенидов серебра и таллия (I) используется двухэлектродный метод с обратимыми электродами [3]. В процессе исследования через образец пропускался постоянный ток. Регистрация токовых параметров осуществлялась с помощью микроамперметра B7-58 с широким диапазоном измерения 1цА - 10A и вольтметра Mastech с диапазоном измерения 1 цУ - 600 V. При исследовании температурных зависимостей проводимости использовались серебряные контакты, встроенные в керамические пластины, что обеспечивало требуемое качество электродов, равномерный прогрев материала, а также электроизоляцию и электробезопасность используемого экспериментального оборудования.
Исследование ионной проводимости в зависимости от температуры выполнялось в рамках материалов систем AgClo Agi, AgCl0.25Br0.75 -
Т1ВГо,4б1о,54 и AgCl0.25Br0.75 - TlClo,74Bro,26 в диапазоне температур 298-473 (493) К при давлении 1 атм.
Для монокристаллов и двухфазной керамики системы AgCl0 25Br0 75 - Agi результаты исследования зависимости удельной проводимости от температуры представлены на рис. 1.
Для всех составов наблюдается достижение высоких значений проводимости, характерных для суперионных проводников, модельным из которых является a-AgI. Полученные
зависимости схожи с a-AgI: образцы Рис. 1. Проводимость материалов на основе системы
монокристаллов и керамики имеют AgCl0 25Br0 75-AgI в зависимости от температуры r г
близкие температуры, при которых
происходит переход в режим суперионной проводимости (для a-Agi - 435 К), а также близкий
порядок значений проводимости при высоком содержании йодида серебра в твердом растворе
AgCl0,25Br0
,75
ВКВО-2023- СТЕНДОВЫЕ
2-1
Ь
О
-10
-12
-14
3 mol. % Т1С10 74Br0 26 in AgCI025Br0 75 7 mol. % TICI074Br026 in AgCI0 25Brû75 31 mol. % Т1С10 74Вг0 26 ¡n AgCI025Br075 86 mol. % TICI074Br026 in AgCI02SBr075 93 mol. % TICI0 74Вг0 26 in AgCI025Br075
Аналогичное исследование было проведено для монокристаллов и оптической керамики системы AgClo25Broj5 - Т1Бго4б1о54, результаты которого приведены на рис. 2. В монокристаллах и оптической керамике системы AgCl0.25Br0.75 -TlBro 4б1о,54 также наблюдается переход в режим суперионой проводимости при сдвиге
критической температуры в область более высоких значений при увеличении содержания TlBr046I0 54 в AgClo ,25БГ0,75-
В случае монокристалла и серии образцов двухфазной керамики системы AgCl0.25Br0.75 - TlCl0.74Br0.26 результаты исследования
Рис. 2. Проводимость материалов на основе системы пр°водим°сти п°казаны на рис. 3.
AgCl0 25Br0 75 - TlBr0 46I0 54 в зависимости от температуры
Резкое изменение проводимости наблюдается только для монокристалла состава 3 мол. % TlCl0.74Br0.26 в AgCl0.25Br0.75 и двухфазной керамики состава 9 мол. % TlCl0.74Br0.26 в AgCl0.25Br0.75. Изменение проводимости является более плавным, в сравнении с образцами представленных ранее систем, и не типично для соединений на основе хлорида и бромида серебра и таллия, таким образом требуется дальнейшее изучение механизмов проводимости. Вероятно, скачок связан с изменением толщины образца в месте измерения, которое возникает из-за высокой пластичности материалов при температуре более 160 °С.
Сравнение характеристик ионной проводимости оптических материалов на основе твердых растворов систем AgCl0.25Br0.75 - AgI. AgCl0.25Br0.75- TlBr0 .46I0.54 и AgCl0.25Br0.75 - TlCl0.74Br0.26 показывает ключевое влияние аниона йода на
суперионную проводимость исследуемых образцов. Для соединений, содержащих йодид серебра и таллия, наблюдается высокая подвижность носителей заряда в области высоких температур. Скачкообразный характер проводимости исследуемых кристаллов совпадает с a-AgI, что доказывает ключевую роль йодида серебра и его соединений в твердых растворах галогенидов серебра и таллия. Полученные результаты имеют фундаментальный характер, а характеристики проводимости важны для прикладного применения разработанных материалов и ИК световодов на их основе, что особенно важно в приложениях, связанных с высокими температурными режимами и присутствием прямого контакта с источником электрического тока.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-73-10108. https : //rscf. ru/project/21-73-10108/.
2,0
2,2
—¡—
2,4
—1—
2,6
3,2
3,4
2,8 3,0 1000/Т (К"1)
Рис. 3. Проводимость материалов на основе системы Aga0,2SBro, 75 — Т1С1о, 74ВГ0,26 в зависимости от температуры
Литература
1. Yuzhakova A., et al, Opt. and Las. Tech. 139, 106995 (2021)
2. Тураби А. и др., Опт. и Спектр. 130, 10 1543-1550 (2022)
3. Ivanov-Schitz A.K., Murin I. V., Solid Ionics 1, 617 (2000)
