Влияние локальной структуры кристаллов на электрофизические характеристики твердых растворов на основе диоксида циркония Текст научной статьи по специальности «Физика»

Влияние локальной структуры кристаллов на электрофизические характеристики твердых растворов на основе диоксида циркония

П.А.Рябочкина1, С.А.Букарев1, МА.Борик2, Т.В.Волкова1, Н.А.Ларина1, Е.Е.Ломонова2, В.А.Мызина1, А.В.Кулебякин1, И.Е.Курицына3, Ф.О.Милович4,

А.А.Реу2, Н.Ю.Табачкова2

1МГУ им. Н.П. Огарева, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д 68 2ИОФРАН, 119991 г. Москва, ул. Вавилова, д. 38 3ИФТТРАН, 142432, Черноголовка, Московская обл., ул. Академика Осипьяна, д.2 4НИТУ МИСиС119049, Москва, Ленинский пр-кт, д. 4, стр. 1

The influence of local crystal structure on the electrophysical characteristics of solid solutions based on zirconium dioxide

P.A.Ryabochkina1, S.A.Bukarev1, M.A.Borik2, T.V.Volkova1, N.A.Larina1, E.E.Lomonova2, V.A.Myzina1, A.V.Kulebyakin1, LE.Kuritsyna3, F.O.Milovich4,

A.A.Reu2, N.Yu.Tabachkova2

1Ogarev Mordovia State University, 430005, Saransk, Bolshevistskaya st., 68 2General Physics Institut,, 119991 Moscow, Vavilova st., 38 3Osypyan Institute of Solid-State Physics RAS, 142432, Chernogolovka, Moscow region,

Academician Osipyan, 2 4NUSTMISIS, 4119049, Moscow, Leninskiy Prospekt 4

DOI 10.24412/cl-37211-FC-2024.39

В настоящее время имеется значительное количество обзоров и оригинальных научных публикаций, в которых представлены результаты исследований влияния фазового состава и структуры на электрофизические характеристики твёрдых растворов стабилизированного диоксида циркония [1-7]. Электрофизические характеристики твёрдых растворов диоксида циркония значительным образом зависят от величины ионного радиуса катиона стабилизирующего оксида, а также расположения кислородных вакансий в ближайшем окружении данного катиона. Увеличение радиуса катиона стабилизирующего оксида увеличивает упругие напряжения в кристаллической решетке кристаллов твердых растворов диоксида циркония, что в свою очередь приводит к повышению энергии активации и снижению величины ионной проводимости [8]. Наличие кислородных вакансий в ближайшей координационной сфере катиона стабилизирующего оксида в твердом растворе диоксида циркония также влияет на величину его ионной проводимости. Однако из-за их совместного действия в большинстве случаев сложно выделить доминирующий фактор. Поэтому важен выбор модельных объектов, в которых один из факторов проявляется в большей степени.

В настоящем докладе в качестве модельных объектов выбраны системы ZrO2-Gd2O3 и ZrO2-Eu2O3. В предположении того, что значения ионных радиусов Gd3+ и Eu3+ являются достаточно близкими, выполнен анализ особенностей локальной структуры твердых растворов ZrO2-Gd2O3 и ZrO2-Eu2O3 и сделан вывод о ее влиянии на величину их ионной проводимости.

Литература

[1] Y. Arachi, H. Sakai, O. Yamamoto, Y. Takeda, N. Imanishai «Electrical conductivity of the ZrO2-LmO3 (Ln=lanthanides) system», Solid State Ionics, vol. 121, 133-139, (1999).

[2] H. Morikawa, H. Morikawa, Y. Shimizugawa, F. Marumo, T. Harasawa, H. Ikawa, K. Tohji, Y. Udagawa «Local Structures Around Y Atoms in Y2O3-Stabilized Tetragonal ZrO2», J. Ceram. Soc. Japan, vol. 96, 253-258, (1988).

[3] P. Goff, W. Hayes, S. Hull, M.T. Hutchings, K.N. Clausen, «Defect structure of yttria-stabilized zirconia and its influence on the ionic conductivity at elevated temperatures», Phys. Rev. B, vol. 59, 14202, (1999).

[4] C.R.A. Catlow, «Transport in doped fluorite oxides», Solid State Ionics, vol.12, 67-73, (1984).

[5] H. Yugami, A. Koike, M. Ishigame, T. Suemoto «Relationship between local structures and ionic conductivity in ZrO2-Y2O3 studied by site-selective spectroscopy», Phys. Rev. B., vol. 44, 9214-9222, (1991).

[6] M.A. Borik, S.I. Bredikhin, V.T. Bublik, A.V. Kulebyakin, I.E. Kuritsyna, EE. Lomonova, F.O. Milovich, V.A. Myzina, V.V. Osiko, P.A. Ryabochkina, N.Yu. Tabachkova, T.V. Volkova «The impact of structural changes in ZrO2-Y2O3 solid solution crystals grown by directional crystallization of the melt on their transport characteristics», Mater. Lett., vol. 205, 186-1189, (2017).

[7] M.A. Borik, T.V. Volkova, I.E. Kuritsyna, EE. Lomonova, V.A. Myzina, P.A. Ryabochkina, N.Yu. Tabachkova «Features of the local structure and transport properties of ZrO2-Y2O3-Eu2O3 solid solutions», J. Alloys Compd., vol. 770, 320-326, (2019).

[8] J.A. Kilner, R.J. Brook «A study of oxygen ion conductivity in doped non-stoichiometric oxides», Solid State Ionics, vol. 6, 237-252, (1982).