Фундаментальное материаловедение

Транспортные свойства перовскитоподобных ниобатов стронция-бария и 3dпереходных
элементов
Тарасова Н.А. 1 , Догодаева Е.Н. 2 , Анимица И.Е. 3
студент 1 , аспирант 2 , к.х.н. 3
Уральский государственный университет им. А.М. Горького, Екатеринбург, Россия
Е-mail: irina.animitsa@usu.ru
Исследования в области водородной энергетики стимулируют поиск новых
материалов, обладающих проводящими свойствами по различным типам носителей (О 2- ,
Н + , ē). Матрица двойного перовскита А4(В ′ В ″ )2О11 (криолит, эльпасолит) является весьма
перспективной для создания таких полифункциональных материалов, поскольку
высокая толерантность структуры позволяет проводить замещения различного рода.
Благодаря наличию структурных вакансий кислорода данный класс соединений
интересен как с точки зрения кислородно-ионной, так и протонной проводимости, а
возможность введения в В-подрешетку элементов с переменной степенью окисления
может обеспечить повышение уровня электронной составляющей проводимости.
В рамках данной работы проведен синтез составов (Sr,Ba)4Э2Nb2O11±δ, где Э= Mn,
Cr, Cu и ряда составов из области гомогенности твердого раствора (Sr1-yCuy)6-
2xNb2+2xO11+3x.
Фазы состава Ba4Mn2Nb2O11 и Sr4MnCrNb2O11 получены растворным методом.
Образцы составов (Sr,Ba)4Cu2Nb2O11±δ и составы из области гомогенности (Sr1-yCuy)6-
2xNb2+2xO11+3x были получены по стандартной керамической технологии.
Рентгенофазовый анализ показал, что фазы, относящиеся к области гомогенности
твердого раствора (Sr1-yCuy)6-2xNb2+2xO11+3x характеризуются кубической симметрией с
удвоенным перовскитным параметром (а≈8.3Å). Образцы (Sr,Ba)4Э2Nb2O11±δ, где Э= Mn,
Cr, Cu обладают структурой одинарного перовскита (а≈4.0Å).
Исследования температурных зависимостей общей проводимости проводились в
атмосферах различной влажности. Было показано, что общая электропроводность
(Sr,Ba)4Э2Nb2O11±δ обусловлена преимущественно переносом электронных носителей,
вклад кислородно-ионной составляющей не превышает 2%. Величина общей
проводимости не зависит от парциального давления паров воды, и уменьшается в ряду
Mn-Сr-Cu замещенных составов.
Твердые растворы (Sr1-yCuy)6-2xNb2+2xO11+3x характеризуются смешанным
характером проводимости (ионные числа переноса составляют ≈70%), они сохраняют
способность интеркалировать воду по диссоциативному механизму и проявляют
высокотемпературную протонную проводимость.
Для более детального исследования транспортных свойств были изучены
зависимости общей электропроводности от парциального давления кислорода
(рО2=0.21-10 -20 атм) в атмосферах различной влажности для твердого раствора (Sr1yCuy)6-2xNb2+2xO11+3x
и состава Sr4Cu2Nb2O11.
Характер изотерм проводимости в сухой атмосфере схож для всех образцов.
Область высоких парциальных давлений кислорода (рО2>10 -4 атм) характеризуется
электронной проводимостью p-типа, область низких рО2 (