Влияние структурных особенностей кристаллов твёрдых электролитов ZrO2-Sc2O3, солегированных редкоземельными ионами, на ионную проводимость

Цель работы – выявление влияния фазового состава, локальной структуры, величины радиуса иона легирующей примеси, а также термообработки на ионную проводимость кристаллов твёрдых растворов ZrO2-Sc2O3 и ZrO2-Sc2O3-R2O3, где R – Y, Gd, Yb, Ce, Tb. Объекты исследования – активированные ионами Eu3+ монокристаллы твёрдых растворов ZrO2-Sc2O3, и ZrO2-Sc2O3-R2O3 (R – Y, Yb, Gd, Ce, Tb), полученные методом направленной кристаллизации расплава путём прямого высокочастотного нагрева в «холодном» тигле. Методы исследований – оптическая поляризационная микроскопия, просвечивающая электронная микроскопия, рентгеновская дифракция, спектроскопия комбинационного рассеяния света, оптическая спектроскопия с использованием ионов Eu3+ в качестве спектроскопического зонда и импедансная спектроскопия. Основные результаты – выявлена взаимосвязь между структурными особенностями и величиной ионной проводимости кристаллов твёрдых растворов ZrO2-(8-12) мол.% Sc2O3 и ZrO2-(8-10) мол.% Sc2O3-1 мол.% R2O3, где R – Y, Gd, Yb, Ce, Tb; разработаны рекомендации по выбору составов в ряду твёрдых растворов ZrO2-(8-12) мол.% Sc2O3 и ZrO2-(8-10) мол.% Sc2O3-1 мол.% R2O3, где R – Y, Gd, Yb, Ce, Tb с высокой и стабильной при высокотемпературной длительной обработке на воздухе ионной проводимостью. Теоретическая значимость – раскрыты основные факторы, влияющие на величину ионной проводимости кристаллов твёрдых растворов ZrO2-Sc2O3 и ZrO2-Sc2O3-R2O3, где R – Y, Gd, Yb, Ce, Tb. Практическая значимость – результаты могут быть использованы при разработке и изготовлении материалов для электролитических мембран твердооксидных топливных элементов и других электрохимических устройств. Область применения – электроэнергетика, создание электрохимических устройств. Перспективы развития – исследование свойств керамик твердых растворов на основе диоксида циркония, синтезированных из нанопорошков, полученных различными методами.