Труды КНЦ (Технические науки вып.3/2023(14))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 3. С. 117-121. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 3. P. 117-121. For citation: Synthesis attestation and investigation of electroconductic characteristics bimevox-based ceramic (Me = Ca, Cu, Mg, Ni) / A. V. Dolgirev [et. al.] // Transactions of the to la Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 3. P. 117-121. doi:10.37614/2949-1215.2023.14.3.021. Введение Сегодня во всем мире разрабатываются методы получения и аттестации перспективных керамических, композиционных материалов, производство которых основано на самых современных технологиях. Одним из таких направлений является поиск оптимальных составов для компонентов ТОТЭ, в частности твердых электролитов. В настоящее время наиболее часто используемыми материалами в ТОТЭ является замещенный иттрием диоксид циркония (YSZ), но его недостаток — высокая рабочая температура около 1273 К, что приводит к серьезным и дорогостоящим требованиям к остальным компонентам устройства (материалу электродов, соединителей, газопроводов и т. д.). Альтернативой YSZ является оксид висмута, однако его главным недостатком является наличие полиморфных модификаций, значительно снижающих электропроводящие свойства при понижении температуры. Поиск альтернативных кислородных проводников с заданными свойствами привел к ванадату висмута B i 4 V 2 O 11 (проводимость при 772 К порядка 10-3 См/м) и твердым растворам на его основе B i 4 V 2 -xMexO„-s, которые получили общее название BIMEVOX [1 -5 ]. Соединение B i 4 V 2 On существует в нескольких полиморфных модификациях: а (моноклинная), в (орторомбическая), у (тетрагональная) [2 -4 ]. Электролиты указанного состава можно получить путем замещения ванадия и/или висмута катионами различной степени окисления: от Li+ до Nb5+, W 6+. Замещающие катионы могут формировать твердые растворы со всеми возможными типами структуры. Для ванадата висмута B i 4 V 2 On — родоначальника семейства BIMEVOX — отмечается высокая кислородно-ионная проводимость. Замещающие катионы также могут формировать твердые растворы со всеми возможными типами структуры. Введение катионов переходных металлов в подрешетку ванадия обеспечивает стабилизацию высокотемпературной у-модификации в области средних температур (107 3 -7 7 3 К) и, как следствие, увеличение кислородно-ионной проводимости в большем температурном диапазоне [6 -8 ]. В литературе также отмечается, что двойное допирование [7] в подрешетку ванадия можно считать более перспективным в сравнении с одиночным. Добавление большего числа катионов в подрешетку ванадия в литературе практически не описано. Наряду с этим мировое научное сообщество проявляет интерес к изучению высокоэнтропийных материалов. Эти материалы состоят из нескольких компонентов в эквимолярных соотношениях, образующих однофазные системы. При этом предполагается, что стабилизация необходимых структур происходит в результате высокой энтропии в системе. Данных по подобному виду замещения для семейства BIMEVOX практически не встречается, но в некоторых источниках [9] отмечается близость значений электропроводности и повышение устойчивости к старению при повышенных температурах для замещенных несколькими допантами образцов в сравнении с однозамещенными системами. В связи с чем целью данной работы является получение и аттестация транспортных характеристик образцов общего состава B i 4 V 2 -xMexOn_a (Me = Mg, Ca, Cu, N i) с замещением двумя или четырьмя (высокоэнтропийный вариант) атомами металла. Р езультаты исследований Замещенные ванадаты висмута с общей формулой B i 4 V 1 ,sM 0 , 2 On-s (где M — Ме '01 + Ме ^ или Ме 05 + Ме 05 + Ме 35 + Ме jj5, Me = Ca, Mg, Cu, N i) получены по стандартной керамической технологии в интервале температур 673 до 1083 К с шагом в 50 градусов. Согласно результатам РФА, образцы номинального состава Bi4V1,sMg0.2On-s, Bi4V1,8Mg0,1Ni0,1On-s и Bi4V1,sCa0,1Cu0,1On-s содержат примеси в малых количествах, это оксиды висмута B i 4 O 7 или B i 2 O 3 — у составов с магнием и незамещенный BUV 2 O 11 — у состава B i 4 V 1 ,sCa 0 , 1 Cu 0 , 1 On-a. Все остальные образцы являются однофазными ©Долгирев А. В., Крылов А. А., Емельянова Ю. В., Петрова С. А., Буянова Е. С., 2023 118