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

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 3. С. 193-197. Transactions of the Kola Science Centre of RA s . Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 3. P. 193-197. For citation: Koroleva, M. S. Doping bismuth niobates as an approach to obtaining high-entropy pyrochlores with dielectric properties / M. S. Koroleva, A. G. Krasnov, I. V. Piir // Transactions of the to la Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 3. P. 193-197. doi:10.37614/2949-1215.2023.14.3.035. Введение Замещенные ниобаты висмута со структурой пирохлора (A 2 B 2 O 6 O') привлекают к себе внимание с точки зрения различных функциональных свойств: магнитных, оптических, диэлектрических, со смешанной проводимостью, которые зависят от типа и количества допанта, распределенного в структуре. Структура пирохлора образуется в ниобатах висмута только в присутствии третьего типа катиона в количестве не менее 25 % [1, 2]. Наиболее перспективными с практической точки зрения являются составы Bi1,MNb1,5O7 (M — Mg, Zn), которые обладают диэлектрическими свойствами в высокочастотной области и применяются в качестве высокочастотных керамических конденсаторов [3, 4]. В настоящее время проводится поиск содопантов для улучшения диэлектрических показателей. Введение в систему редкоземельных элементов и двухвалентных катионов в основном приводит куменьшению диэлектрической константы [5]. Наилучшие показатели былиполучены для медьсодержащего образца с низким содержанием меди [6]. Нами были получены составы, содержащие одновалентные катионы Li+ и Na+ в магнийзамещенном ниобате висмута, для которых было установлено, что допанты являются спекающей добавкой и увеличивают диэлектрическую константу за счет повышения поляризуемости системы [7, 8]. Исследование материалов, содержащих несколько типов содопантов вплоть до высокоэтропийных, еще не проводилось. В настоящей работе представлен подход к получению высокоэнтропийных соединений со структурой пирохлора путем постепенного допирования замещенного ниобата висмута, проведен синтез ряда образцов, исследованы их оптические и диэлектрические свойства. Р езультаты исследований Самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (СВС) получен ряд замещенных ниобатов висмута (Bi 1 , 9 - 2 x- 2 yLi*Na*EuyLay)(Mg 0 , 5 Nb 1 , 5 )O 7 -a (х = 0,2, 0,3; у = 0, 0,2, 0,3) с различным соотношением катионов в А-позициях структуры пирохлора A 2 B 2 O 6 O ' . В качестве основы выбран состав (Bi1,M0,4)(Mg0,5Nb1,5)O7-8 (M — Li, Na) [7, 8], то есть подрешетка B 2 O 6 остается неизменной, а в позициях А будут распределены до 5 типов катионов в различных соотношениях. По данным рентгенофазового анализа (РФА, Schimadzu XRD-6000, CuKa-излучение), при частичном замещении атомов висмута на катионы щелочных металлов (х = 0,2; у = 0, конфигурационная энтропия Хонф, равная 0,68R— низкоэнтропийный состав [9]) структура пирохлора сохраняется (рис. 1). При замещении атомов висмута на катионы редкоземельных элементов структура пирохлора формируется при 10 %-м их содержании (х = 0,2; у = 0,2; £конф= 1,25R — среднеэнтропийный состав). Дальнейшее увеличение доли содопантов в составе (х = 0,2; у = 0,4 с Хюнф = 1,47R — среднеэнтропийный состав и х = 0,3; у = 0,4 с ^конф= 1,56R — высокоэнтропийный состав) приводит к появлению примесных фаз твердых растворов Na0,65Bi0,13La0,23Eu0,05Mg0,25NbO3-s (в краткой форме — Na0,6sMxNbO3-s), (Eu0,55La0,35Bi0,04)NbO4-s и Mg 2 , 80 Nb 2 O 8 - 8 . По данным энергодисперсионного рентгеноспектрального микроанализа (X-act микроанализатор, совмещенный со сканирующим электронным микроскопом Tescan Vega 3SBU), состав фазы пирохлора при этом сохраняется постоянным и его можно описать общей формулой Bi0jLi0,2Na0,2La0,3Eu0,3Mg0,45Nb1,5O7-a. Исходя из уточнения рентгенограммы, проведенного по методу Ритвельда, установлено распределение катионов по подрешеткам структуры пирохлора: 1) крупные катионы Bi3+, Li+, Na+, La3+, Eu3+ [10] распределяются в позициях A; 2) наблюдается смещение атомов А (96h, 96g позиции) и для некоторых составов атомов О' (32е позиции) относительно своих идеальных позиций, что характерно для многих висмутсодержащих составов пирохлоров [7, 8]. Общую формулу состава пирохлора Bi0jLi0,2Na0,2La0,3Eu0,3Mg0,45Nb1,5O7-a можно написать по- разному в зависимости от распределения катионов магния в структуре. Наиболее предпочтительным вариантом исходя из количества вакансий в А - и О'-позициях является высокоэнтропийный состав © Королева М. С., Краснов А. Г., Пийр И. В., 2023 194