Влияние дисперсности компонентов на транспортные свойства композитов СaWO4–Al2O3

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

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.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

А. Гусева

Уральский федеральный университет

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

Н. Пестерева

Уральский федеральный университет

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: Natalie.Pestereva@urfu.ru
Ресей, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

А. Тушкова

Уральский федеральный университет

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

О. Русских

Уральский федеральный университет

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

Л. Адамова

Уральский федеральный университет

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

Әдебиет тізімі

  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.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. X–ray diffraction patterns of nanodisperse Al2O3 (a), Shawo4 (b) and 0.50CaWO4–0.50Al2O3 (c) composite, processed using the Rietveld method: dots – experimental data, green strokes - angular positions of reflexes, black line – calculated profile, blue line – difference between experimental data and a theoretical profile.

Жүктеу (186KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Data from TG–DSC Al2O3 (a) and a mixture of 0.50CaWO4–0.50Al2O3 (b).

Жүктеу (178KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. TEM image of nanodisperse Al2O3 (Sk = 40 m2/g) (a); SEM images of chips of CaWO4 briquettes (b), 0.99CaWO4–0.01Al2O3 composite (c) and EDA results (c).

Жүктеу (393KB)
Метадеректер
5. 4. Particle size distribution: CaWO4 – unpolished (1) and crushed in a planetary mill (2).

Жүктеу (203KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Impedance hodographs of composite composition 0.97CaWO4–0.03Al2O3, obtained at different temperatures, with an equivalent circuit.

Жүктеу (114KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Temperature dependences of electrical conductivity of composites (1-x)CaWO4–xAl2O3 (Sk Al2O3 = = 77 m2/g).

Жүктеу (99KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Dependences of the conductivity of composites (1-x)SHAWO4–xAl2O3 with a different specific surface area of Al2O3 from the molar content of aluminum oxide.

Жүктеу (74KB)
Метадеректер
9. Figure 8. Dependences of the conductivity of composites (1-x)SHAWO4–xAl2O3 with different grain sizes depending on the molar content of aluminum oxide.

Жүктеу (77KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024