Получение наноструктурированных материалов на основе BaZrO3

Результат выполнения технологической разработки. Относится к высокоэффективному способу изготовления твердых электролитов с протонной проводимостью, а именно наноструктурированных материалов со структурой перовскита на основе BaZrO3 и максимальным содержанием основной стехиометрической фазы. При этом используют золь-гель метод. Синтез проводят в один этап. Основными областями применения материалов твердых электролитов с протонной проводимостью являются: электроника, катализ, накопление энергии, медицина и др. На их основе изготавливают компоненты электрохимических устройств, таких как газовые сенсоры, электролизеры, мембраны топливных элементов и др. Для обеспечения высокой однородности по составу и задания стехиометрии, материалы преимущественно получают методами химической технологии. Синтезированный материал, цирконат бария со структурой (ABO3), известен своей высокой химической стабильностью и высокой протонной проводимостью. Материалы на основе BaZrO3 проявляют разнообразные свойства (диэлектрические, пьезоэлектрические, ферроэлектрические, флюоресцентные и т.д.). Для практического применения важно получение нанодисперсных частиц на основе цирконатов, обеспечивающих формирование особых физико-химических свойств керамик, в отличие от микрочастиц. Преимуществом использования нанопорошков при изготовлении керамик является существенное снижение температуры спекания, значение которой уменьшается до 0,4-0,5 от их температуры плавления. Обычно спекание таких керамик осуществляется уже при температурах от 500°С до 1200°С, в отличие от случая использования микропорошков. Задача технологической разработки состояла в отработке простого и высокоэффективного способа получения наноструктурированных материалов со структурой перовскита на основе BaZrO3, востребованных в качестве твердых электролитов с протонной проводимостью. Техническим результатом разработки является получение наноструктурированных материалов со структурой перовскита на основе BaZrO3 и максимальным содержанием основной стехиометрической фазы, не менее 90%, средним размером кристаллитов в пределах от примерно 20 до 25 нм и насыпной плотностью 0,01-0,03 г/см3. Краткое описание технологии: Предложен способ изготовления наноструктурированных материалов со структурой перовскита на основе BaZrO3 с использованием золь-гель метода, включающий подготовку водных растворов нитрата бария Ba(NO3)2 и цирконила ZrO(NO3)2 с глицином С2H5NO2, выпаривание при непрерывном смешивании до состояния гелеобразования и самовоспламенения. А также последующую термообработку в течение 30 мин при скорости подъема температуры и охлаждения до 5°С/мин и 3°С/мин, соответственно. Дополнительно может быть введен введен нитрат иттрия Y(NO3)3•6H2O, количество глицина равно 2,22 моль для приготовления 1 моля материала. Указанные реагенты добавляют в воду последовательно и через равные промежутки времени. Выпаривание при непрерывном смешивании ведут при температурах не более 350°С, а термообработку при 500-1000°С с последующим прессованием при давлении не менее 150 МПа и спеканием при 950-1000°С в течение 1÷10 ч. Разработка защищена патентом №2808853. URL: https://fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2808853&TypeFile=html (дата обращения: 12.12.2023).