Формирование высокопроводящих структур в соединениях семейства Bimevox
Диссертация
Сложнооксидные фазы являются основой многих материалов современной техники, применяемых в качестве электролитов в топливных элементах, датчиках и газоразрядных мембранах. Предпочтительным материалом для этих устройств до сих пор остается кубически стабилизированный диоксид циркония. Недостаток его применения — высокая рабочая температура порядка 1000 °C, что предъявляет серьезные требования… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
- 1. 1. Тройные системы, содержащие B
- 1. 1. 1. Состав и структура висмутсодержащих соединений
- 1. 2. Особенности твердофазного синтеза висмутсодержащих соединений
- 1. 3. Электрические свойства фаз BIMEVOX
- 1. 4. Электронное строение и свойства висмутсодержащих систем
- 1. 4. 1. Квантовохимические методы изучения кристаллических объектов
- 1. 4. 2. Общие методы квантовой химии
- 1. 4. 3. Общая характеристика кластерных и зонных методов расчета
- 1. 4. 4. Расширенный метод Хюккеля (РМХ)
- 1. 4. 5. Электронное строение и свойства висмутсодержащей керамики
- 1. 5. Постановка задачи исследования
- 1. 1. Тройные системы, содержащие B
- ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТ
- 2. 1. Характеристика исходных веществ и методы синтеза
- 2. 2. Подготовка образцов для исследования
- 2. 3. Экспериментальные методы исследования
- 2. 3. 1. Методика рентгенофазового анализа
- 2. 3. 2. Метод Ритвелда (полнопрофильный анализ)
- 2. 3. 3. Определение полной пористости образцов
- 2. 3. 3. 1. Денситометрический метод анализа
- 2. 3. 3. 2. Определение объемной плотности образцов
- 2. 3. 4. Растровая электронная микроскопия РЭМ
- 2. 3. 5. Дифференциальный термический анализ
- 2. 3. 6. Методика измерения общей электропроводности
- 2. 3. 7. Методика измерения электропроводности при заданной активности кислорода
- 2. 3. 8. Методы расчета электронной структуры
- 3. 1. Особенности твердофазного синтеза соединений семейства BIMEVOX
- 3. 2. Структурные особенности и транспортные свойства некоторых представителей семейства BIMEVOX
- 3. 2. 1. Система Bi203-CuO — V205 61 3.2.1.1. Рентгенографические характеристики Bi4V2.2xCu2xOn.3x
- 3. 2. 1. 2. Уточнение структуры Bi4(Cuo.3Vi.7)0Ю
- 3. 2. 1. 3. Исследование электропроводности твердых растворов
- 3. 2. 2. Система Bi203 — Fe203 — V
- 3. 2. 2. 1. Рентгенографические характеристики Bi4V2.xFexOii.x
- 3. 2. 2. 2. Уточнение структуры Bi4V2.xFexOii.x
- 3. 2. 2. 3. Исследование электропроводности твердых растворов
- 3. 2. 3. Система Bi203 — Zr02 — V
- 3. 2. 3. 1. Рентгенографические характеристики Bi4V22XZrxOn.3x
- 3. 2. 3. 2. Электропроводность твердых растворов
- 3. 2. 4. Система Bi203-Nb205 — V
- 3. 2. 4. 1. Рентгенографические характеристики Bi4V2.2XNb2XOn ЮЗ
- 3. 2. 4. 2. Исследование электропроводности твердых растворов
- 3. 2. 1. Система Bi203-CuO — V205 61 3.2.1.1. Рентгенографические характеристики Bi4V2.2xCu2xOn.3x
- 1. — толщина образца, см
- V. — объем элементарной ячейки, А
- 9. — угол скольжения рентгеновского луча относительно семейства плоскостей, град п — порядок отражения (п=1) X — длина волны падающего излучения, нм
Список литературы
- Осипян В.Г., Савченко JI.M., Элбакян B.JI. Висмут-ванадатные! сегнетоэлектрики со слоистой структурой // Ж. Неорган, химии. 1987. Т.23. № 3. С.523−527.
- Яновский В.К., Воронкова В. И., Руденко И. А. Структура и свойства слоистых кристаллических фаз в системе Bi2W06 Bi4Ti30i2 // Кристаллография. 1984. Т. 29. № 2. С. 298−301.
- Исупов В.А. Некоторые проблемы кристаллохимии сегнетоэлектриков со слоистой перовскитоподобной структурой // Сегнетоэлектрики и пьезоэлектрики. Калинин.-1980, С. 12−18.
- Шебанов JI.A., Осипян В. Г., Фрейденфельд Э. Ж. Исследование твердофазных процессов в системе Bi2W06 — Bi4Ti3012 // Неорган. Материалы. 1982. Т. 18. № 2. С. 305 -307.
- Яновский В.К., Воронкова В. И. Система Bi2W06 -La2 W06 в субсолидусной области и соединение BiLaW06 // Ж. Неорган, химии. 1981. Т.26. № 2. С.549 552.
- Horun A., Wolcyrz М., Wojakourski A. Synthesis and crystallochemical characterization of the Bi3RE5012 (RE=Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu.) type phases. // Solid State Ionics. 1995. V. 116. № 1. P. 68−72.
- Radosavljevic I., Sleight A.W. Synthesis and structure of bismuth copper vanadate, BiCu206V/ Solid State Chemistry. 1998. V. 141. P. 149−154.
- Joubert O., Jouanneaux A., Ganne M. Crystal structure of low -temperature form of bismuth vanadium oxide determined by Rietveld refinement of X -ray and neutron diffraction data (a Bi4V20n) // Material Research Bulletin. 1994. V.29. № 2. P. 175−184.
- Abraham F., Debreuile Gresse Mf., Mouresse G., Nowogrocki G. Phase -transitions and ionic conductivity in Bi4V20n an oxide with layered structure. // Solid State Ionics. 1988. V28. P. 529 — 532.
- Lee C.K., Sinclair D.C., West A.R. Stoichiometry and stability of bismuth vanadate, Bi4V20ib solid solution. // Solid State Ionics. 1993. V.62. № 1. P.193−198.
- Vannier R.N., Mairesse G., Abraham F. Thermal behaviour of Bi4V20i.: X-ray diffraction and impedance spectroscopy studies. // Solid State Ionics. 1995. V.78. № 1−4. P. 183−189.
- Abraham F., Boivin J., Mairesse G.^Nowogrocki G. The bimevox series a new family of high performances oxide ion conductors. // Solid State Ionics. 1990. V.40/41. P.934−937.
- Varma K.B.R., Subbanna G.N., Gururow T.N., Rao C.N. R Synthesis and characterization of layered bismuth vanadates. // J. Mater. Res. Bull. 1990. V.5. P 2718.
- Achary S.N. Mathews M.D., Patwe S.J., Tyagi A.K. High temperature X — ray diffraction and dilatometric studies on some oxygen ion conducting compounds. // J. Materials Science letters. 1999. V.18. № 5. P.355 -357.
- Vannier R. N., Mairesse G., Abraham F. and Nowogrocki G. Structure and conductivity of Cu and Ni-substituted Bi4V20. i compounds. // Solid State Ionics. 1994. V.70−71. № 1. P.259 -263.
- Abrahams I., Krok F., Nelstrop I.A.G. Defect structure of quenched у -r BICOVOX by combined X ray and neutron powder diffraction // Solid State Ionics. 1996. V.90. .P.57−65.
- Abrahams I., Krok F., Nelstrop I.A.G. Defect structure of quenched у -BINIVOX // Solid State Ionics. 1998. V. l 10. P.95−101.
- Abrahams I., Krok F. Defect chemistry of the BIMEVOXes. // J. Mater. Chem. 2002. V.12. P.3351−3362.
- Vannier R.N., Pernot E., Anne M., Isnard O., Mairesse G., Nowogrocki G., Bi4V20|i polymorph crystal structures related to their electrical prorerties. // Solid State Ionics. 2003. V.157. P. 147−153.
- Mairesse G., Roussel P., Vannier R.N., Anne M., Pirovano C., Nowogrocki G. Crystal structure determination of a, P and у Bi4V2On polymorphs. Part I: у and p -Bi4V2On. // Solid State Sciences. 2003. V.5. P. 851−859.
- Lasure S., Vernochet C., Vannier R.N., ets. Composition dependence of oxide anion conduction in BIMEVOX family // Solid State Ionics. 1996. V.90. P. 117 123.
- Sammes N.M., Tompsett G.A., Nafe H., Aldinger F. Bismuth Based Oxide Electrolytes-Structure and Ionic Conductivity. // J. European Ceramic Soc. 1999. V.19. № 10. P. l801−1826.
- Krok F., Abrahams I., Malys M., Bush A.S. Electrical conductivity and structure correlation in BIZNVOX // Solid State Ionics. 1999. V. l 19. P.139 144.
- Joubert O., Ganne M., Vannier R.N., Mairesse G. Solid phase synthesis and characterization of new BIMEVOX series: Bi4V2. xMxOn-x (M= Cr, Fe) // Solid State Ionics. 1996. V. 83. № 3−4. P. 199−207.
- Осипян В.Г., Савченко JI.M., Элбакян В. Л. Висмут-ванадатные сегнетоэлектрики со слоистой структурой // Ж. Неорган, хим. 1987. Т.23. № 3. С.523−529.
- Буянова Е.С., Жуковский В. М., Лопатина Е. С., Ивановская В. В., Райтенко Е. А. Синтез и свойства твердых растворов на основе ванадата висмута // Неорган. Материалы. 2002. Т.38. № 3. С.256−261.
- Vernochet С., Vannier R. N., Pirovano С., Nowogrocki G. Chemical, structural and electrical characterization in the BIZNVOX family // J. Mater. Chem. 2000. № 10. P. 2811−2817.
- Vaidhyanathan В., Balaji K., Rao K.I. Microwave assisted solid state synthesis of oxide ion conducting stabilized bismuth vanadate phases // J. Mater. Chem. 1998. V.10. № 11. P.3400−3404.
- Goodenough I.B., Manthiram A., Paranthaman P., Zhen Y.S. Fast oxide-ion conduction in intergrowth structures // Solid State Ionics. 1992. V.52. P. 105−109.
- Abrahams I., Krok- F., Wrobel W, :Chan S.C.M., Malys M., Bogusz W., Dygas J. R'. Phase stability, structure and electrical conductivity in the system ВVi. xZrxO11(x/2)5 // Solid State Ionics. 2002. V. l54 155. P.511 — 516.
- Yaremchenko A.A., Kharton V.V., ets. Oxygen ionic and electronic conductivity of La- doped BIMEVOX // Solid State Ionics. 1998. V. 111. № 3−4. P.227−236.
- Paydar M.H., Hadian A.M., Fafilek G. Studies on preparation,! characterization and ion conductivity of Ti Cu double substituted Bi4V20n. // J. European ceramic soc. 2001. V.21. P. 1921−1824.
- Krok F., Abrahams I., Bangobango D.G., Bogusz W., Nelstrop J.A.G. Electrical and structural study of BICOVOX // Solid State Ionics. 1996. V.86−88. P.261−266.
- Abrahams. I., Krok F., Malys M., Bush A.S. Defect structure and ionic conductivity as a function of thermal history in BIMgVOX solid electrolytes. // J. Materials Science. 2001. V.36. P. 1099−1104.
- Маррел Дж., Кетгл С., Тедцер Дж. Теория валентности: Пер. с анг. М.: Мир, 1968. 520с.
- Слэтер Д. Методы самосогласованного поля для молекул и твердых тел: Пер. с анг. М.: Мир, 1978. 662с.
- Koeling D.D. Self-consistent energy band calcucations. // Rep. Prog. Phys. 1981. V.44. № 2. P.39−212.
- Ивановский A.JI. и др. Электронное строение карбидов и нитридов переходных металлов / A.JI. Ивановский, В. П. Жуков, В. А. Губанов. М.: Наука, 1990.220с.
- Жуков В.П., Жуковский В. М., Зайнуллина В. М., Медведева Н. И. Электронная структура и химическая связь в полиморфных модификациях оксида висмута //Журнал структурной химии. 1999. Т.40. № 6. С. 1029−1034.
- Battle P.P., Gattow G., Heap J.W. Structure and Dinamic Stadies 5- Bi203 oxide ionic conductor // J. Solid State Chem. 1989. V. 6. № 1. P. 8−15.
- Медведева Н.И., Губанов B.A. Электронная структура и свойства фаз Ауривиллиуса // Журнал структурной химии. 1996. Т.37. № 3. С.472−478.
- JCPDS-Internation Centre for Diffraction Data.2000. PCPDF WIN V. 2.1.
- Young R.A. The Rietveld Method // Ed. Oxford University Press. 1993. bibitem H85.
- Rietveld H.M. A Profile Refinement Method for Nuclear and Magnetic Structures // J.Appl. Crystallogr. 1969. V.2. P.65−71.
- Werner P.-E., Salome S., Malmros G., and Thomas J.O. Quantitative Analysis of Multicomponent Powder by Full-profile Refinement of Guinier-Hagg X-ray Film Data// J. Appl. Crystallogr. 1979. V.12. № 1. P.107−109.
- Larson A.C. and Von Dreele R.B. Generalized Structure Analysis System (GSAS) LAUR 86r748 // Los Alamos National laboratory. Los Alamos. 1988. NM. 150p.
- Young R.A., Sakthivel A., Moss T.S., and Paiva-Santos C.O. DBWS-9411,' an Upgrade of the DBWS. Programs for Rietveld Refinement with PC and mainframe computers// 'J.Appl. Crystallogr. 1995. V.28. P.366−367.
- Hill R.J. and Howard C.J. A Computer Programm for Rietveld Analysis of Fixed Wavelength X-ray and Neutron Powder Diffraction Patterns // Australian Atomic Energy Commision (ANSTO) report No. M112. Lucas Heights Research Laboratories. 1997. P.25.
- Laugier J., Bochu B. LMGP-Suite Suite of Programs for the interpretation of X-ray Experiments. ENSP // Laboratoire des. Materiaux et du Genie Physique. Saint Martin d’Hdres. BP 46. 38 042. Grenoble. France. 2003.
- Hunter В. «Rietica A visual Rietveld program» // International Union of Crystallography, Commission on Powder Diffraction. — 1998. — Newsletter N.20.
- Yang Y. L., Qiu L. and Jacobson A. J. Manganese doped bismuth vanadate solid electrolytes: oxygen permeation in Bi2V0.8Mn0.2O5.3 // J. Mater. Chem. 1997. V.7. P.249−253.
- Фотиев A.A. и др. Ванадаты: состав, синтез, структура и свойства / А. А. Фотиев, Б. В. Слободин, М. Я. Ходос. М.: Наука, 1988. 272с.
- Abrahams I., Krok F., Malys M. Phase transition studies in BIMEVOX solid electrolytes AC impedance spectroscopy // Solid State Ionics. 2005. V.176. P.2053−2058.
- Kurek P., Pongratz P., Breiter M.W. Investigation of Order-Disorder Transition in BICUVOX Single Crystals // Solid State Ionics. 1998. V. 113−115. P.615−621.
- Y. L. Yang, L. Qiu, T. Harrison and A. J. Jacobson. Manganese doped bismuth vanadate solid electrolytes: Synthesis and characterization of Bi2VixMnx055x// J. Mater. Chem. 1997. V.7. P.243−248.
- Altermatt D., Brown I.D. The Automatic Searching for Chemical Bonds in Inorganic Crystal Structures // Acta Cryst. 1985. V. B41. P.240−244.
- Shannon R.D. Revised Effective Ionic radii and Systematic Studies in Interatomic Distances in Halides and Chalcogenides // Acta cryst. 1976. V. 32. P.751−767.
- Chadwick A.V., Colli C., Maltese C., G. Morrison, I. Abrahams, A.Bush. EXAFS Stadies of the Cation Sites in BIMEVOX Fast-Ion Conductors // Solid State Ionics. 1999. V. 119. № 1−4. P. 79−84.
- Guillodo M., Fouletier J., Dessemond L. Electrical properties of dense Me-doped bismuth vanadate (Me=Co, Cu) P02-dependent conductivity determined by impedance spectroscopy // J. European Ceramic Soc. 2001. V.21. P.2331−2344.
- Jan J., Greenblatt M. Ionic conductivity of Bi4V2xMxOn-x/2 (M= Ti, Zr, Sn, Pb) //Solid State Ionics. 1990. V. 38. № 1−2. P. 105−110.
- Alvarez S. Tables of parameters for extended Huckel calculations -Barcelona: Universitat de Barcelona, 1989.
- Эмсли Дж. Элементы. Москва: Мир, 1993. 256с.
- ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХI
- Ю. В. Емельянова, Ж. В. Салимгареева, Е. С. Буянова, В. М. Жуковский. Процессы синтеза и кислородная проводимость BIMEVOX (М= In, Y) // Материалы Международной научной конференции «Молодежь и Химия» Красноярск, 2004 С.232−235.I
- Ю. В. Емельянова, Ж. В. Салимгареева, Е. С. Буянова, В. М. Жуковский. Синтез и свойства твердых растворов Bi4V2"2xM2xOn-2x> гДе М Y, In // Неорганические материалы. 2005. т.41. № 10. С. 1254−1260.
- Шафигина P.P., Буянова Е. С., Емельянова Ю. В. Кислородпроводящие твердые растворы в системах Bi203-V205-Nb205(Zr02). // Труды 1 Международного форума молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки». Самара, 2005. С.158−161.
- Емельянова Ю.В., Шафигина P.P., Зайнуллина В. М., Петрова С. А., Буянова Е. С., Жуковский В. М. «Стабилизация фаз BIMEVOX с кислородной проводимостью // Тезисы доклада V Семинара СО РАН-УрО РАН «Термодинамика и материаловедение». Новосибирск, 2005. С. 98.
- Шафигина Р.А., Емельянова Ю. В., Буянова Е. С. Синтез и свойства твердых растворов в системе Bi203-V205-Nb205 // Тезисы докладов XV Менделеевской Школы-конференции молодых ученых. Волгоград, 2005. С.41−42.