Автореферат (Структура и электрическая проводимость керамики на основе систем ZrO2-HfO2-Y2O3 и ZrO2-In2O3-Y2O3), страница 4

Энергия активация проводимости различных структурныхкомпонентов (кДж/моль)к о м п о н е н тп р о в о д и м о с т из е р н ом е ж зе р е н н ы егр а н и ц ыс у м м а р н а я23с о с т а в4561 0 0 ,81 0 5 ,89 9 ,81 0 1 ,31 5 2 ,61 1 0 ,41 1 0 ,31 1 4 ,21 1 3 ,81 2 4 ,91 0 3 ,01 0 7 ,81 0 2 ,01 0 4 ,21 2 7 ,5Энергия активации проводимости составов 2-5 близка и, при этом,незначительно выше, чем энергия активации традиционно используемой вкачестве материала электролита керамики состава 8 YSZ.

В то же времякажущаяся энергия активации проводимости состава 6 значительно выше, кроме19того в данном случае энергия активции зерен значительно выше энергииактивации межзеренной проводимости, что связано с накоплением оксида индияв межзеренных границах, обеспечивающего проводимость по «параллельному»пути.На рис. 19.

приведено сравнение температурных зависимостей ионнойпроводимости составов 1–5. Энергия актвации , и угол наклона прямыхРис. 19. Температурные зависимости элекропроводности керамик с ионнойпроводимостьюаррениусовских зависимостей отличен для исследованных систем и модельнойсистемы 8YSZ (состав 1). Наибольшую электрическую проводимость во всеминтервале температур измерения имеет состав 2 (86ZrO2–7HfO2–7Y2O3),проводимость данного состава выше проводимости модельной системы ужепри температуре 530°С. Схожие величины проводимости имеет керамика состава4, то есть по уточненным данным 72ZrO2–20HfO2–8Y2O3., Эти составы могутбыть рекомендованы к использованию в электрохимических устройствах,Добавка к системе YSZ оксида индия сохраняет величины электропроводностиблизкие к электропроводности YSZ в области существования твердого раствора.ВЫВОДЫ.1) Показано, что применение метода обратного соосаждения для полученияпорошков-прекурсоров тройных систем ZrO2-HfO2-Y2O3 и ZrO2–In2O3-Y2O3позволяет расширить температурно-концентрационный диапазон стабильностифлюоритоподобных твердых растворов на основе диоксида циркония: длясистемы ZrO2-HfO2-Y2O3 флюоритоподобная фаза стабильна вплоть до 1500°С при содержании оксида гафния до 20 мол.%.

Для системы ZrO2–In2O3-Y2O320образование кубического флюоритоподбного твердого раствора, стабильногодо температуры 1500 °С наблюдалось в случае состава 91ZrO2–4In2O3-5Y2O3.2) Для керамики состава 82ZrO2-10In 2O3-8Y2O 3 установлена следующаяпоследовательность фазовых превращений при повышенных температурах: при< 1000 °С образуется кубический флюоритоподбный твердый раствор; винтервале 1000-1100 °С обнаружен кинетически затрудненный фазовый переходс образованием отдельной фазы оксида индия содержанием 2-4 мол %.3) Методом БЭТ установлены особенности микроструктуры порошковпрекурсоров, а именно в низкотемпературной области, ограниченнойтемпературой кристаллизации, после синтеза порошки имеют губчатуюструктуру с преобладанием микропор.

После термообработки вышетемпературы кристаллизации т.е. при ~600 °С происходит ее трансформация вглобулярную структуру с преобладанием мезопор.4) Определена температурная зависимость электропроводности керамикисистем ZrO2-HfO2-Y 2O 3 с содержанием оксида гафния до 20 мол% иZrO2-In2O3-Y2O3 для составов 91ZrO2-5In2O3-4Y2O3 и 82ZrO2-10In2O3-8Y2O3. Наосновании блочной модели рассчитаны величины зеренной и межзереннойпроводимости, а также определены особенности структуры межзеренныхграниц.5) Зависимость удельной электропроводности керамики системыZrO2-HfO2-Y2O3 от содержания оксида гафния имеет экстремальный вид сминимумом в области 15 мол. % содержания оксида гафния.

С увеличениемсодержания оксида гафния происходит изменение структуры межзеренныхграниц, сопровождающееся образованием непрерывной проводящей структуры.6) Установлено, что электропроводность керамики состава 91ZrO2-5In2O3-4Y2O3имеет ионный тип, а керамики состава 82ZrO2-10In2O0-8Y2O3 – смешанныйионно-электронный тип проводимости.7) Определено, что среди всех исследованных составов максимальную ионнуюпроводимость имеют керамики составов 85ZrO 2 -7HfO 2 -8Y 2 O 3 и72ZrO2-20HfO2-8Y2O3.ПУБЛИКАЦИИ.Статьи в журналах ВАК1. Н. В.

Борисова, В. Г. Конаков, Н. Н. Новик Параметрывысокотемпературного топливного элемента с мембраной, изготовленнойиз наноразмерного прекурсора // Новые огнеупоры, 2014. — № 2. — С.35-392. N. N. Novik, V. G. Konakov, I. Yu. Archakov Zirconia and Ceria Based Ceramics and Nanoceramics - a Review on Electrochemical and Mechanical Prop21erties // Reviews on advanced materias science, 2015. — Vol. 40, — № 2.

—P. 188-2073. N.N. Novik, O.V. Glumov, S.N. Golubev, V.G. Konakov and I.Yu. ArchakovImpedance Spectroscopy Study of ZrO2–HfO2–Y2O3 Solid Electrolytes //Reviews on advanced materials science, 2015. — Vol. 43, — № 1. — P. 6776Тезисы конференций1. В.Г.

Конаков, С.Н. Голубев, Н.Н. Новик, М.М. Пивоваров, В.М. УшаковИсследование электрохимических свойств высокотемпературноготопливного элемента с мембраной из нанокерамики состава 92ZrO2–8Y2O3 (мол.%). VII Международная конференция «Фундаментальныепроблеммы электрохимической энергетики» Россия, Саратов, 3-7октября 2011 г.Тезисы, с. 553-5542.

С.Н. Голубев, Н.Н. Новик, М.М. Пивоваров, В.М. Ушаков Мембраны изнанокерамики состава 92ZrO2–8Y2O3(мол.%) для высокотемпературныхтопливных элементов. XI международная научная конференция «Химиятвердого тела: наноматериалы, нанотехнологии», 22-27 апр. г.Ставрополь. Тезисы с.250-2523. В.Г. Конаков, С.Н. Голубев, Н.Н. Новик, М.М.

Пивоваров, В.М.УшаковПрименение мембран из наноразмерной керамики на основе диоксидациркония в высокотемпературных топливных элементах. международнаяконференция огнеупорщиков и металлургов. Россия,Москва, 14-15 марта,2013. Тезисы докладов, с.744. В.Г. Конаков, С.Н. Голубев, Н.Н. Новик, В.М.Ушаков Влияние условийсушки гелей, полученных золь-гель синтезом, на образование твердыхрастворов в нанокерамическом прекурсоре состава 87ZrO2–5HfO2–8Y2O3ХII международная конференция огнеупорщиков и металлургов. Россия,Москва, 3-4 марта, 2014. Тезисы докладов, с.50222324.