CC BY
0я A 5ЕЕЕЕ1 22-24 октябРя 2024 г-
Транспортные характеристики монокристаллического высокоэнтропийного кубического твёрдого раствора на основе диоксида циркония
Захаров Д.М.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», Москва
E-mail: deniszakharovm@mail.ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-105-107
Высокоэнтропийные оксидные керамические материалы содержат не менее 5 стабилизирующих оксидов в равных концентрациях. Благодаря многокомпонентному составу они обладают высокой энтропией и представляют особый интерес с точки зрения уникальных свойств. Особенность таких материалов в том, что многокомпонентные системы могут проявлять неожиданные свойства за счёт термодинамических характеристик, которые проявляются при большом числе компонентов в составе. Меняя концентрацию отдельных компонентов можно варьировать довольно в широком диапазоне различные функциональные характеристики материала [1].
В частности, в керамике из диоксида циркония, стабилизированного большим количеством оксидов потенциально можно варьировать такие параметры, как механическая прочность, фазовая стабильность и ионная проводимость. Подобные материалы находят применения в твердотельных ионных проводниках, термобарьерных покрытиях, газовых датчиках, кислородных накопительных конденсаторах, биомаркерах, мемристорах и катализаторах [2].
Данная работа посвящена синтезу и исследованию структурных и транспортных характеристик высокоэнтропийных монокристаллов состава
(ZrO2)0,9(Y 2O3)0,02(Er2O3)0,02(Yb2O3)0,02(Gd2O3)0,02(Ho2O3)0,02. В работе также проведено сравнение структуры и свойств полученного монокристалла с монокристаллами двухкомпонентных твёрдых растворов на основе диоксида циркония (ZrO2)0,9(R2O3)0,1, где R = Y, Gd, Yb. Все кристаллы выращивали методом направленной кристаллизацией из расплава в холодном тигле. Фазовый анализ
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
-----------« недели.
НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ
проводился методом рентгеновской дифрактометрии. Ионная проводимость измерялась методом импедансной спектроскопии.
Фазовый анализ показал, что полученные высокоэнтропийные кристаллы с суммарной концентрацией стабилизирующих оксидов, равной 10 мол.%, обладают кубической модификацией 2г02, также как и двухкомпонентные твердые растворы на основе диоксида циркония (2г02)о,9(К-20з)од, где Я = У, О^ УЬ. Зависимость параметра решетки кристаллов бинарных твёрдых растворов от размера ионного радиуса катиона стабилизирующего оксида имеет линейный характер (рис. 1 справа). При этом усредненное значение ионного радиуса высокоэнтропийного монокристалла, полученного из приведенной зависимости с учетом экспериментального значения параметра решетки хорошо коррелирует с величиной ионного радиуса, полученного расчетным путем.
Измерение ионной проводимости и дальнейшее сравнение с кристаллами двухкомпонентных твёрдых растворов показало, что проводимость высокоэнтропийного кристалла во всём температурном диапазоне (от 350 до 900 °С) была выше, чем у кристаллов с 10 мол.% оксида иттрия или 10 мол.% оксида гадолиния, но меньше чем у аналогичного состава с оксидом иттербия. Сравнение температурных зависимостей проводимостей показано на рис. 1 (слева).
Рис. 1. Зависимость проводимости от температуры разных составов в аррениусовских координатах (слева) и зависимость параметра решётки от ионного радиуса стабилизирующего катиона (справа)
Ш A 5ЕЕЕЕ1 22-24 октябРя 2024 г-
Автор выражает благодарность научному коллективу лаборатории «Фианит» за постановку научной задачи, помощь в проведении измерений и обсуждении результатов.
1. Anandkumar M., Trofimov E., Journal of Alloys and Compounds. 2023,960, 170690.
2. Wright A. J., Wang Q., Huang Ch., Nieto A., Chen R., Luo J., Journal of the European Ceramic Society. 2020, 40, 2120-2129.
