ОСОБЕННОСТИ СИНТЕЗА И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПЛОТНОЙ КЕРАМИКИ ПРОТОНПРОВОДЯЩИХ ОКСИДОВ LA1-XSRXSCO3-α

Рассмотрен синтез и исследованы материалы с высокой ионной проводимостью, на основе которых создаются различные электрохимические устройства: газовые сенсоры, электролизеры, приборы дозированной подачи водорода и водяного пара и т.д. Интерес к исследованию физико-химических свойств оксидных протонных проводников обусловлен феноменом переноса протона в твердом теле, когда водород не является структурной единицей соединения. Перспективными считаются материалы на основе LaScO3 благодаря высокой объемной проводимости при пониженной температуре, химической стойкости и механической прочности по сравнению с хорошо известными протонными электролитами на основе цератов и цирконатов щелочно-земельных элементов. Проведен сравнительный анализ свойств протонного твердого электролита La1- x Sr x ScO3-α ( х = 0,05; 0,10), синтезированного различными методами. Разработан вариант метода сжигания без использования нитратов в качестве исходных материалов, приводящий к получению керамики с плотностью не ниже 98 % относительно теоретической. Проведена всесторонняя качественная и количественная аттестация методами рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии, рентгенофлуоресцентной и атомно-эмиссионной спектроскопии на разных этапах синтеза. Параметры структуры оксида La0,9Sr0,1ScO3-α уточнены с помощью метода рентгеноструктурного полнопрофильного анализа Ритвельда. Изучены термическое расширение, электропроводность в окислительных и восстановительных атмосферах в зависимости от температуры и влажности газовой фазы для материалов La1- x Sr x ScO3-α ( х = 0,05; 0,10) разной плотности. Установлено, что разные атмосферы (сухой и влажный воздух, влажный Н2) слабо влияют на термическое расширение ниже 600 ºС. Проведено разделение объемной и межзеренной проводимостей методом импеданса. Определено, что обе проводимости имеют одинаковую энергию активации для материалов с плотностью 94-98 % относительно теоретической. Установлено, что высокая пористость материалов (30 %) негативно сказывается на ходе общей проводимости, при этом объемная проводимость почти не снижается. Предложена мостиковая модель, основывающаяся на полукогерентных границах, объясняющая низкую межзеренную проводимость для протонных электролитов с низкосимметричной решеткой. Полученные в работе данные могут представлять интерес для специалистов в области водородной энергетики, электрохимии, материаловедения и при разработке технологии электрохимических устройств: сенсоров, источников тока, топливных элементов.