Влияние акцепторного допирования на физико-химические и транспортные свойства протонных электролитов в системе BaCeO₃ – BaZrO₃

Цель: выявление корреляций между природой акцепторного допанта и кристаллическими, микроструктурными, термическими и транспортными свойствами протонпроводящих электролитов состава BaCe₀,₅Zr₀,₃Ln₀,₂O₃₋δ (Ln = Yb, Y, Dy, Gd, Sm и Nd). Осуществлен синтез порошков и плотных керамических образцов состава BaCe₀,₅Zr₀,₃Ln₀,₂O₃₋δ (Ln = Yb, Y, Dy, Gd, Sm, Nd). Проведена аттестация исследуемых образцов с применением рентгенофазового анализа и растровой электронной микроскопии. Установлено влияние природы акцепторного допанта на кристаллические и микроструктурные свойства керамических образцов. Проведено исследование термического расширения материалов на воздухе в интервале температур 20 − 900°С, и определены значения интегральных и дифференциальных температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) и наличие фазовых переходов. Изучена электропроводность материалов на воздухе в широком интервале температур (500 - 900°С). Получены однофазные высокоплотные керамические образцы состава BaCe₀,₅Zr₀,₃Ln₀,₂O₃₋δ (Ln = Yb, Y, Dy, Gd, Sm, Nd). Определен средний размер зерен керамики, который увеличивается с ростом ионного радиуса акцепторной примеси. Рассчитано значение среднего ТКЛР, которое возрастает с ростом ионного радиуса Ln³⁺ нa ~ 40% в высокотемпературной области и изменяется незначительно (~ 10%) в низкотемпературной. Изучена проводимость материалов в различных атмосферах (воздух, в том числе влажный, и влажный водород). Выявлено, что значение общей проводимости образцов состава BaCe₀,₅Zr₀,₃Ln₀,₂O₃₋δ, кроме содержащего диспрозий, уменьшается с ростом ионного радиуса акцепторной примеси. По результатам сравнительного анализа величин проводимостей, полученных в различных атмосферах, и их энергий активации уставлено, что в восстановительных атмосферах материалы обладают ионным транспортом, а в окислительных – ионно-дырочным.