Труды КНЦ (Технические науки вып. 1/2024(15))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 1. С. 147-153. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 147-153. На рис. 1 представлены результаты РФА для образцов феррита шпинели ZnFe 2 O 4 , синтезированных при различных температурах (температура указана на рисунке). При температуре синтеза 700 °С монофазный продукт не образуется. В образце присутствуют оксиды железа и цинка: 6 % Fe 2 Os и 4 % ZnO 2 . Повышение температуры до 800 °С приводит к образованию целевого продукта — феррита шпинели ZnFe 2 O 4 . Увеличение температуры синтеза до 900 °С приводит к тому, что линии рентгеновского дифракционного спектра становятся уже и лучше разрешаются в сравнении с образцом, полученным при 800 °С. Результаты рентгеноструктурного анализа приведены в табл. 1. Как видно из полученных данных, представленных в таблицы, увеличение температуры синтеза на 100 °С практически не приводит к изменению параметров элементарной ячейки кристаллической решётки. Феррит шпинели имеет структуру АВ 2 О 4 с кубическим плотноупакованным расположением ионов кислорода, с ионами А2+и В3+в двух разных кристаллографических точках (рис. 2). Эти точки имеют тетраэдрическую координацию кислорода АО 4 и октаэдрическую координацию кислорода ВОб (участки А и В соответственно). Таким образом, результирующие локальные симметрии обоих точек различны. В связи с этим структура шпинели может быть определена и описана тремя характеристиками: параметром решётки а, параметром положения кислорода u и параметром инверсии катиона i [3]. Следовательно, идеальная химическая формула шпинели имеет вид А 2 0 В 23 0з, где А2+— Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, или Zn, и В3+— Al, V, Cr, Mn, Fe, Co, или любая тесно связанная с ней структура. Таблица 1 Параметры элементарной ячейки кристаллической решётки образцов ZnFe 2 O 4 , синтезированных при различных температурах Тсинт, °С а, А а, о V, А3 Простр. группа % О,w R 800 8,44324 90 601,904 Fd 3m 1,51 900 8,44332 90 601,922 Fd 3m 1.77 Для изучения возможности электропроводимости катионами Zn был использован кристаллохимический метод анализа. Он основывается на разбиении кристаллического пространства на выпуклые полиэдры Вороного (рис. 3) и проводился в программном пакете ToposPro [4, 5]. В рамках данного подхода вершины полиэдров Вороного символизируют пустоты, а рёбра — каналы, соединяющие эти пустоты. По результатам данного анализа возможно определить наличие или отсутствие карт миграции рабочего катиона. Определение карт миграции устанавливается исходя из геометрических критериев: радиусы элементарных каналов и элементарных пустот должны отвечать условиям (1), (2) и (3). Rsd > Rsd(min) (1) Tchan> r chan(min) (2) r chan(min) = Y(rwi + Tenv), (3) где Rsd — радиус пустоты; rchan — радиус канала, rwi — ионный радиус рабочего иона, renv — ионный радиус иона окружения; y — коэффициент деформации. © Дубровина В. Н., Ефремов В. В., Ахметов О. И., Шичалин О. О., 2024 10 20 30 40 50 60 70 80 2Ѳ Рис. 1. Рентгенограммы образцов феррита шпинели ZnFe 2 O 4 : а — 700 °С, б — 800 °С, е — 900 °С 149