Сравнительный анализ ионной проводимости трех твердых фаз в системе CaF2–HoF3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведен сравнительный анализ механизмов ионного переноса для кристаллов трех фаз со структурами флюорита (F-фаза, CaF2 и твердый раствор Ca1-xHoxF2+x), тисонита (T-фаза, твердый раствор Ho1-yCayF3−y) и ромбической модификации b-YF3 (R-фаза, HoF3) в конденсированной системе CaF2–HoF3. На основании фундаментальных данных по ионной проводимости σdc(T), полученных с использованием в экспериментах монокристаллических образцов, построены зависимости ионной электропроводности и энтальпии активации ионного переноса от состава. Сравнение свойств компонентов исследуемой системы показало, что проводимость R-фазы HoF3 (σ500 K = 5 × 10-6 См/см при 500 K) превышает проводимость F-фазы стехиометрического состава CaF2 на 5 порядков. В области F-фазы нестехиометрического состава Ca1-xHoxF2+x (0 < x ≤ 0.35) реализуется междоузельный механизм электропроводности. С ростом концентрации HoF3 значения σ500 K увеличиваются, достигая 4 × 10-5 См/см при x = 0.35. Проводимость нестехиометрической T-фазы Ho1-yCayF3−y (y = 1−x, x = 0.77) σ500 K = 2 × 10-4 См/см превышает электропроводность кристаллов F-фазы Ca0.65Ho0.35F2.35 и R-фазы HoF3 в 5 и 40 раз соответственно. Причинами быстрого анионного переноса в нестехиометрической T-фазе являются вакансионный механизм электропроводности и широкий гетеровалентный изоморфизм катионов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. И. Сорокин

Курчатовский комплекс кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: nsorokin1@yandex.ru

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова

Россия, 119333, Москва, Ленинский пр-т, 59

Список литературы

  1. Гулина Л.Б., Толстой В.П., Мурин И.В. // Журн. неорган. химии. 2024. Т. 69. № 3. С. 272. https://doi.org/10.31857/S0044457X24030027
  2. Сорокин Н.И., Ивановская Н.А., Бучинская И.И. // Неорган. материалы. 2024. Т. 60. № 1. С. 79. https://doi.org/10.31857/S0002337X24010108
  3. Сорокин Н.И., Архарова Н.А., Каримов Д.Н. // Кристаллография. 2024. Т. 69. № 4. С. 676. https://doi.org/10.31857/S0023476124040145
  4. Takami T., Pattanathummasid C., Kutana N., Asahi R. // J. Phys.: Condens. Matter. 2023. V. 35. P. 293002. https://doi.org/10.1088/1361-648/accb32
  5. Бучинская И.И., Сорокин Н.И. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 7. С. 877. https://doi.org/10.31857/S0044457X23600044
  6. Александров А.А., Брагина А.Г., Сорокин Н.И. и др. // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 3. С. 303. https://doi.org/10.31857/S0002337X23030016
  7. Sobolev B.P., Sorokin N.I., Bolotina N.B. // Photonic & Electronic Properties of Fluoride Materials / Eds. Tressaud A., Poeppelmeier K., Amsterdam: Elsevier, 2016. P. 465.
  8. Reddy M.A., Fichtner M. // ibid., P. 449.
  9. Sobolev B.P. The Rare Earth Trifluorides. Barcelona: Moscow Institute of Crystallography and Institut d'Estudis Catalans, 2000-2001. 980 p.
  10. Zhang M., Cao X., Hao Y. et al. // Energy Reviews. 2024. V. 2. P. 100083. https://doi.org/10.1016/j.enrev.2024.100083
  11. Kawahara K., Ishikawa R., Sasano S. et al. // J. Electrochem. Soc. 2024. V. 171. № 11. P. 110508. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ad8d10
  12. Yamada T., Kanda K., Yanagida Y. et al. // Electroanalysis. 2022. V. 35. № 4. P. 1. https://doi.org/10.1002/elan.202200103
  13. Xiao A.W., Galatolo G., Pasta M. // Joule. 2021. V. 5. P. 2823. https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.09.016
  14. Karkera G., Anji Reddy M., Fichtner M. // J. Power Sources. 2021. V. 481. P. 228877. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228877
  15. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2007. Т. 52. № 5. С. 870.
  16. Fergus J.W. // Sens. Actuators. 1997. V. 42. P.119.
  17. Frant M.S., Ross J.W. // Science. 1966. V. 154. P. 1553.
  18. Соболев Б.П., Сорокин Н.И. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 6. С. 891. https://doi.org/10.7868/S0023476114060277
  19. Reau J.-M., Hagenmuller P. // Rev. Inorg. Chem. 1999. V. 19. № 1−2. P. 45.
  20. Болотина Н.Б., Черная Т.С., Верин И.А. и др. // Кристаллография. 2015. Т. 60. № 1. С. 35. https://doi.org/10.7868/S0023476115010063
  21. Болотина Н.Б., Калюканов А.И., Черная Т.С. и др. // Кристаллография. 2013. Т. 58. № 4. С. 574. https://doi.org/10.7868/S0023476113040073
  22. Курнаков Н.С. Введение в химико-физический анализ. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1940. 420 с.
  23. Sobolev B.P., Fedorov P.P., Seiranian K.B., Tkachenko N.L. // J. Solid State Chem. 1976. V. 17. № 2. P. 201.
  24. O’Keeffe M. // Science. 1973. V. 180. P. 1276.
  25. Сорокин Н.И., Соболев Б.П., Брайтер М. // Электрохимия. 2002. Т. 38. № 5. С. 585.
  26. Сорокин Н.И., Сульянова Е.А., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2016. Т. 61. № 3. С. 452. https://doi.org/10.7868/S0023476116030279
  27. Sobolev B.P., Fedorov P.P. // J. Less-Common Met. 1978. V. 60. № 1. P. 33.
  28. Федоров П.П., Маякова М.Н., Кузнецов С.В., Воронов В.В. // Журн. неорган. химии. 2017. Т. 62. № 9. С. 1179. https://doi.org/10.7868/S0044457X17090069
  29. Соболев Б.П. // Кристаллография. 2012. Т. 57. № 3. С. 490.
  30. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // Физика тверд. тела. 2008. Т. 50. № 3. С. 402.
  31. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // Электрохимия. 2007. Т. 43. № 4. С. 420.
  32. Сорокин Н.И., Соболев Б.П., Брайтер М. // Физика тверд. тела. 2002. Т. 44. № 2. С. 272.
  33. Sorokin N.I., Breiter M.W. // Solid State Ionics. 1999. V. 116. P. 157.
  34. Сорокин Н.И., Фоминых М.В., Кривандина Е.А. и др. // Физика тверд. тела. 1999. Т. 41. № 4. С. 638.
  35. Ivanov-Shits A.K., Sorokin N.I., Fedorov P.P., Sobolev B.P. // Solid State Ionics. 1990. V. 37. № 1-2. P. 125.
  36. Сорокин Н.И., Бучинская И.И., Соболев Б.П. // Кристаллография. 1995. Т. 40. № 6. С. 1039.
  37. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2012. Т. 57. № 4. С. 624.
  38. Motohashi K., Nakamura T., Kimura Y. et al. // Solid State Ionics. 2019. V. 338. P. 113. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2019.05.023
  39. Chable J., Martin A.G., Bourdin A. et al. // J. Alloys Compd. 2017. V. 692. P. 980. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.09.135
  40. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2016. Т. 61. № 2. С. 468. https://doi.org/10.7868/S0023476116020296
  41. Greis O., Cader M.S.R. // Thermochim. Acta. 1985. V. 87. P. 145.
  42. Сорокин Н.И., Каримов Д.Н., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2019. Т. 64. № 4. С. 596. https://doi.org/10.1134/S0023476119040222
  43. Сорокин Н.И., Голубев А.М., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 2. С. 275. https://doi.org/10.7868/S0023476114010159
  44. Wapenaar K.E.D., van Koesveld J.L., Schoonman J. // Solid State Ionics. 1981. V. 2. P. 145.
  45. den Hartog H.W., Langevoort J.C. // Phys. Rev. B. 1981. V. 24. P. 3547.
  46. Sulyanova E.A., Sobolev B.P. // CrystEngComm. 2022. V. 24. P. 3762. https://doi.org/10.1039/D2CE00280A
  47. Fedorov P.P. // Bull. Soc. Cat. Cien. 1991. V. 12. № 2. P. 349.
  48. Reau J.M., Hagenmuller P. // Appl. Phys. A. 1989. V. 49. P. 3.
  49. Мурадян Л.А., Максимов Б.А., Симонов В.И. // Коорд. химия. 1986. Т. 12. № 10. С. 1398.
  50. Bendall P.J., Catlow C.R.A., Corish J., Jacobs P.W.M. // J. Solid State Chem. 1984. V. 51. P. 159.
  51. Bevan D.J., Greis O., Strahle J. // Acta Crystallogr., Sect. A. 1980. V. 36. P. 889.
  52. Cheetham A.K., Fender B.E.F., Cooper M.J. // J. Phys. C. 1971. V. 4. P. 3107.
  53. Сорокин Н.И. // Кристаллография. 1990. Т. 35. № 3. С. 793.
  54. Сорокин Н.И. // Кристаллография. 1991. Т. 36. № 6. С. 1468.
  55. Голубев А.М., Симонов В.И. // Кристаллография. 1986. Т. 31. № 3. С. 478.
  56. Сульянова Е.А., Каримов Д.Н., Сульянов С.Н., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 1. С. 19. https://doi.org/10.7868/S0023476114010172
  57. Сульянова Е.А., Верин И.А., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2012. Т. 57. № 1. С. 79.
  58. Shannon R.D. // Acta Crystallogr., Sect. A. 1976. V. 32. № 5. P. 751.
  59. Григорьева Н.Б., Отрощенко Л.П., Максимов Б.А. и др. // Кристаллография. 1996. Т. 41. № 4. С. 644.
  60. Александров В.Б., Гарашина Л.С. // Докл. АН СССР. 1969. Т. 189. № 2. С. 307.
  61. Журова Е.А., Максимов Б.А., Симонов В.И., Соболев Б.П. // Кристаллография. 1996. Т. 41. № 3. С. 438.
  62. Григорьева Н.Б., Максимов Б.А., Отрощенко Л.П. и др. // Кристаллография. 1998. Т. 43. № 4. С. 601.
  63. Григорьева Н.Б., Максимов Б.А., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2000. Т. 45. № 5. С. 788.
  64. Григорьева Н.Б., Максимов Б.А., Отрощенко Л.П. и др. // Кристаллография. 1998. Т. 43. № 3. С. 414.
  65. Григорьева Н.Б., Отрощенко Л.П., Максимов Б.А. и др. // Кристаллография. 1996. Т. 41. № 1. С. 60.
  66. Губаль Н.А., Сульянова Е.А., Каримов Д.Н. и др. // Тез. докл. РСНЭ-НБИК. 2011. 14–18 ноября. 2011. Москва. С. 295.
  67. Hoffmann M., Hull S., McIntyre G.J. et al. // J. Phys.: Condens. Matter. 1997. V. 9. № 4. P. 845.
  68. Отрощенко Л.П., Александров В.Б., Быданов Н.Н. и др. // Кристаллография. 1988. Т. 33. № 3. С. 764.
  69. Laval J.P., Mikou A., Frit B., Roult G. // Solid State Ionics. 1988. V. 28–30. P. 1300.
  70. Catlow C.R.A., Chadwick A.V., Corish J. // Radiat. Eff. 1983. V. 75. P. 61.
  71. Catlow C.R.A., Chadwick A.V., Greaves G.N., Moroney C.M. // Nature. 1984. V. 312. P. 601.
  72. Laval J.P., Abaouz A., Frit B., Le Bail A. // J. Solid State Chem. 1990. V. 85. P. 133.
  73. Дудка А.П., Соболев Б.П., Симонов В.И. // Кристаллография. 2013. Т. 58. № 6. С. 822. https://doi.org/10.7868/S0023476113060088
  74. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // Физика тверд. тела. 2019. Т. 61. № 1. С. 53. https://doi.org/10.21883/FTT.2019.01.46893.181
  75. Соболев Б.П., Сорокин Н.И., Кривандина Е.А., Жмурова З.И. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 4. С. 609. https://doi.org/10.7868/S0023476114040195
  76. Дудка А.П., Лошманов А.А., Соболев Б.П. // Кристаллография. 1998. Т. 43. № 4. С. 605.
  77. Отрощенко Л.П., Александров Б.П., Максимов Б.А. и др. // Кристаллография. 1985. Т. 30. № 4. С. 658.
  78. Болотина Н.Б., Черная Т.С., Калюканов А.И. и др. // Кристаллография. 2015. Т. 60. № 3. С. 391. https://doi.org/10.7868/S0023476115030054
  79. Sinitsyn V.V., Lips O., Glumov O. et al. // J. Phys. Chem. Solids. 2003. V. 64. P. 1201. https://doi.org/10.1016/S0022-3697(03)00050-7
  80. Привалов А.Ф., Мурин И.В. // Физика тверд. тела. 1999. Т. 41. № 9. С. 1616.
  81. Изосимова М.Г., Лившиц А.И., Бузник В.М. и др. // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1987. Т. 23. С. 2056.
  82. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // Физика тверд. тела. 2019. Т. 61. № 11. С. 2064. https://doi.org/10.21883/FTT.2019.11.48409.368
  83. Иванов-Шиц А.К., Мурин И.В. Ионика твердого тела / Т. 2. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2010.
  84. Гарашина Л.С., Соболев Б.П., Александров В.Б. и др. // Кристаллография. 1980. Т. 25. № 2. С. 294.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фазовая T–x-диаграмма системы CaF2–HoF3 [27]: F – фаза Сa1-xHoxF2+x (включая CaF2), T – фаза Ho1-yCayF3-y, M1 и М2 – максимумы плавления твердых растворов, E1 и E2 – эвтектики.

Скачать (81KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Концентрационные зависимости lgσ500 K–x (а) и ΔHσ−x (б) для системы CaF2–HoF3: F – фаза Сa1-xHoxF2+x (включая CaF2), T – фаза Ho1-yCayF3-y (y = 1−x), R – фаза HoF3.

Скачать (120KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025