Синтез, структура и электрофизические свойства композиционного керамического материала со свойствами твердого электролита на основе системы ZrO₂-SrTiO₃-BiScO₃

Объект исследования - трехкомпонентная керамическая система YZrO₂-SrTiO₃-BiScO₃ с различным соотношением компонент. Цель исследования - получение керамического композиционного материала на основе системы ZrO₂-SrTiO₃-BiScO₃, обладающего высокой ионной проводимостью и предназначенного для использования в твердооксидных топливных элементах; выявление закономерностей фазо- и структурообразования в процессе синтеза в зависимости от состава и условий получения; установление взаимосвязи между особенностями состава, структуры и свойств материала и его электропроводностью, обусловленной транспортом ионов кислорода. На третьем этапе выполнения проекта были исследованы образцы системы хY₀,₁Zr₀,₉O₂ - (1-х)(0,6SrTiO₃ - 0,4BiScO₃) с х = 0,2; 0,3; 0,5; 0,7; 0,8. Определена температурная зависимость среднего времени высокотемпературной диэлектрической релаксации на основе обработки диаграмм Коул-Коула, выполнено определение энергии активации релаксационного процесса. Установлены: особенности в поведении высокотемпературной электропроводности (идентификация двух механизмов электропроводности и оценка их энергий активации); закономерности изменения высокотемпературной ионной (транспорт ионов кислорода) проводимости в зависимости от степени неоднородности и неупорядоченности образцов разрабатываемой системы, определяемой и контролируемой химическим составом. Проведены определение энергии активации проводимости, значения проводимости, частотной зависимости проводимости; выделение вкладов в общую проводимость от проводимости межзеренных границ и объемной проводимости. Установлено влияние реальной структурной неупорядоченности и неоднородности на высокотемпературную ионную проводимость образцов различного состава с использованием характеристик неоднородности и неупорядоченности, полученных из анализа особенностей диэлектрических свойств, связанных с формированием релаксорного сегнетоэлектрического состояния. Технология получения многокомпонентных керамических материалов с неупорядоченной структурой со свойствами твердого электролита может быть использована при организации высокотехнологичных производств малыми инновационными предприятиями, созданными при вузах. Разрабатываемый материал может быть использован в качестве твердого электролита, предназначенного для создания электрохимических генераторов тока на твердооксидных топливных элементах, позволяющих существенно повысить энергосбережение и экономию топлива.