Влияние дисперсности компонентов на транспортные свойства композитов СaWO4–Al2O3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе исследовано влияние размера зерен оксида алюминия и вольфрамата кальция на транспортные свойства композитов (1-x)СaWO4–xAl2O3 с мольной долей оксида алюминия x ≤ 0.35. Фазовый состав композитов и их термодинамическая стабильность подтверждены соответственно методами рентгенофазового анализа и термогравиметрии в совокупности с дифференциальной сканирующей калориметрией. Морфологию исследовали электронно-микроскопическим методом, а элементный состав – рентгеноспектральным микроанализом. Электропроводность композитов, измеренная методом электрохимического импеданса, исследована в зависимости от температуры, давления кислорода в газовой фазе, содержания дисперсной добавки (оксида алюминия), степени дисперсности компонентов. Обнаружено, что проводимость композитов (1-x)СaWO4–xAl2O3 с содержанием оксида алюминия 5–10 мол.% более чем на порядок выше проводимости СaWO4. Варьирование среднего размера зерен нанопорошка Al2O3 в пределах 21–82 нм не привело к существенному изменению проводимости композитов, что связано с полидисперсностью оксида алюминия, а уменьшение среднего размера зерен СaWO4 с 6.4 до 1.6 мкм привело к росту проводимости композитов в 2 раза.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Ф. Гусева

Уральский федеральный университет

Email: Natalie.Pestereva@urfu.ru
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

Н. Н. Пестерева

Уральский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: Natalie.Pestereva@urfu.ru
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

А. А. Тушкова

Уральский федеральный университет

Email: Natalie.Pestereva@urfu.ru
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

О. В. Русских

Уральский федеральный университет

Email: Natalie.Pestereva@urfu.ru
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

Л. В. Адамова

Уральский федеральный университет

Email: Natalie.Pestereva@urfu.ru
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

Список литературы

  1. Уваров Н.Ф. Композиционные твердые электролиты. Новосибирск: Изд. СО РАН, 2008. 258 с.
  2. Nemudry A., Uvarov N. Nanostructuring in Composites and Grossly Nonstoichiometric or Heavily Doped Oxides // Solid State Ionics. 2006. V. 177. P. 2491-2494. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2006.05.002
  3. Улихин А.С., Уваров Н.Ф. Ионная проводимость композиционных твердых электролитов (C4H9)4NBF4–Al2O3 // Электрохимия. 2021. T. 57. С. 608-612. https://doi.org/10.31857/S0424857021080144
  4. Оболкина Т.О., Гольдберг М.А., Антонова О.С., Смирнов С.В., Тютькова Ю.Б., Егоров А.А., Смирнов И.В., Коновалов А.А., Баринов С.М., Комлев В.С. Влияние комплексных добавок на основе оксидов железа, кобальта, марганца и силиката натрия на спекание и свойства низкотемпературной керамики 3Y–TZP–Al2O3 // Журн. неорган. химии. 2021. T. 66. № 8. C. 1120–1125. https://doi.org/10.31857/S0044457X21080195
  5. Saad A., Fedotov A.K., Svito I.A., Mazanik A.V., Andrievsky B.V., Patryn A.A., Kalinin Yu.E., Sitnikov A.V. AC Conductance of (Co0.45Fe0.45Zr0.10)x (Al2O3)1−x Nanocomposites // Prog. Solid State Chem. 2006. V. 34. P. 139-146. https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2005.11.011
  6. Knauth P. Ionic Conductor Composites: Theory and Materials // J. Electroceram. 2000. V. 5. P. 111-125. https://doi.org/10.1023/A:1009906101421
  7. Liang С.С. Conduction Characteristics of the Lithium Iodide-Aluminium Oxide Solid Electrolytes // J. Electrochem. Soc. 1973. V. 120(10). P. 1289-1292. https://doi.org/10.1149/1.2403248
  8. Mateyshina Y., Uvarov N. The Effect of Oxide Additives on the Transport Properties of Cesium Nitrite // Solid State Ionics. 2018. V. 324 P. 1. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2018.05.017
  9. Ulihin A.S., Uvarov N.F., Rabadanov K.S., Gafurov M.M., Gerasimov K.B. Thermal, Structural and Transport Properties of Composite Solid Electrolytes (1-x)(C4H9)4NBF4–xAl2O3 // Solid State Ionics. 2022. V. 378. Р.115889. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2022.115889
  10. Ulikhin A.S., Uvarov N.F., Kovalenko K.A., Fedin V.P. Ionic Conductivity of Tetra-n-Butylammonium Tetrafluoroborate in the MIL-101(Cr) Metal-Organic Framework // Micropor. Mesopor. Mater. 2022. V. 332. Р.111710. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2022.111710
  11. Уваров Н.Ф. Хайретдинов Э.Ф., Братель Н.Б. Композиционные твердые электролиты в системе AgI – Al2O3 // Электрохимия. 1993. T. 29. № 11. C.1406-1410.
  12. Guseva A., Pestereva N., Uvarov N. New Oxygen Ion Conducting Composite Solid Electrolytes Sm2(WO4)3-WO3 // Solid State Ionics. 2023. V. 394. P. 116196. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2023.116196
  13. Jow T., Wagner J.B. Effect of Dispersed Alumina Particles on the Electrical Conductivity of Cuprous Chloride // J. Electrochem. Soc. 1979. V. 126. P. 1963-1972.
  14. Shahi K., Wagner J.B. Ionic Conductivity and Thermoelectric Power of Pure and Al2O3‐Dispersed AgI // J. Electrochem. Soc. 1981. V. 128. P. 6–13.
  15. Гусева А.Ф., Пестерева Н.Н., Кузнецов Д.К., Бояршинова А.А., Гардт В.А. Электропроводность композитов MeWO4–Al2O3 (Me – Ca, Sr) Al2O3 // Электрохимия. 2023. Т. 59. № 4. С. 208–215. https://doi.org/10.31857/S0424857023040072
  16. Mahato N., Banerjee A., Gupta A., Omar S., Balani K. Progress in Material Selection for Solid Oxide Fuel Cell Technology: A Review // Prog. Мater. Sci. 2015. V. 72. P. 141. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2015.01.001
  17. Потанина Е.А., Орлова А.И., Нохрин А.В., Михайлов Д.А., Болдин М.С., Сахаров Н.В., Белкин О.А., Ланцев Е.А., Токарев М.Г., Чувильдеев В.Н. Мелкозернистые вольфраматы SrWO4 и NaNd(WO4)2 со структурой шеелита, полученные методом искрового плазменного спекания // Журн. неорган. химии. 2019. T. 64. № 3. C. 243–250. https://doi.org/10.1134/S0044457X19030164
  18. Repelin Y., Husson E. Etudes Structurales d’Alumines de Transition. I-Alumines Gamma et Delta // Mater. Res. Bull. 1990. V. 25. P. 611-621.
  19. Запольский А.К. Сернокислотная переработка высококремнистого алюминиевого сырья. Киев: Наук. думка, 1981. 208 с.
  20. Чукин Г.Д. Строение оксида алюминия и катализаторов гидрообессеривания. Механизмы реакций. М.: Типография Паладин, ООО «Принта», 2010. 288 с.
  21. Пестерева Н.Н., Гусева А.Ф., Василенко Н.А., Бекетов И.В., Селезнёва Н.В. Транспортные свойства композитов La2(WO4)3–Al2O3 // Электрохимия. 2023. Т. 59. № 12. С. 894–904. https://doi.org/10.31857/S0424857023120095
  22. Пестерева Н.Н., Гусевa А.Ф., Белятовa В.А., Корона Д.В. Кислородно-ионные композиты MWO4–SiO2 (M – Sr, Ba) // Электрохимия. 2023.Т. 59. № 8. C. 448–455. https://doi.org/10.31857/S0424857023080066
  23. Guseva А., Pestereva N., Otcheskikh D., Kuznetsov D. Electrical Properties of CaWO4–SiO2 Composites // Solid State Ionics. 2021. V. 364 P.115626. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2021.115626.
  24. Гусева А.Ф., Пестерева Н.Н., Отческих Д.Д., Востротина Е.Л. Электропроводность композитов Al2(WO4)3–WO3 и Al2(WO4)3–AL2O3 // Электрохимия. 2019. Т. 55. № 6. С. 721-725. https://doi.org/10.1134/S0424857019060094
  25. Гусева А.Ф., Пестерева Н.Н. Синтез и электрические свойства композитов Nd2(WO4)3–SiO2 // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 3. С. 426-432. https://doi.org/10.31857/S0044457X2260164X
  26. Чеботин В.Н., Перфильев М.В. Электрохимия твердых электролитов. М.: Химия, 1978. 312 с.
  27. Пестерева Н.Н., Сафонова И.Г., Нохрин С.С., Нейман А.Я. Влияние дисперсности MWO4 (M = Ca, Sr, Ba) на интерфейсные процессы в ячейках (+/–)WO3|MWO4|WO3(–/+) и транспортные свойства метакомпозитных фаз // Журн. неорган. химии. 2010. Т. 55. № 6. С. 940-946.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Рентгенограммы нанодисперсного Al2O3 (а), СaWO4 (б) и композита состава 0.50СaWO4–0.50Al2O3 (в), обработанные по методу Ритвельда: точки – экспериментальные данные, зеленые штрихи – угловые положения рефлексов, черная линия – расчетный профиль, синяя линия – разница между экспериментальными данными и теоретическим профилем.

Скачать (186KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Данные ТГ–ДСК Al2O3 (а) и смеси 0.50СaWO4–0.50Al2O3 (б).

Скачать (178KB)
Метаданные
4. Рис. 3. ПЭМ-изображение нанодисперсного Al2O3 (Sуд = 40 м2/г) (а); СЭМ-изображения сколов брикетов CaWO4 (б), композита 0.99CaWO4–0.01Al2O3 (в) и результаты ЭДА (в).

Скачать (393KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение частиц по размерам: CaWO4 – неизмельченный (1) и измельченный в планетарной мельнице (2).

Скачать (203KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Годографы импеданса композита состава 0.97СaWO4–0.03Al2O3, полученные при различных температурах, с эквивалентной схемой.

Скачать (114KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Температурные зависимости электропроводности композитов (1-x)CaWO4–xAl2O3 (Sуд Al2O3 = = 77 м2/г).

Скачать (99KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимости проводимости композитов (1-x)СaWO4–xAl2O3 с разной площадью удельной поверхности Al2O3 от мольного содержания оксида алюминия.

Скачать (74KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимости проводимости композитов (1-x)СaWO4–xAl2O3 с разным размером зерен СaWO4 от мольного содержания оксида алюминия.

Скачать (77KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024