Назад
Успешный синтез протонпроводящей высокоэнтропийной (La 0,2 Nd 0,2 Ho 0,2 Lu 0,2 Y 0,2 ) 2 ZrO 5 керамики

Представьте себе уникальный материал, создание которого возможно благодаря современным методам химической инженерии. Мы говорим о керамике (La₀.₂Nd₀.₂Ho₀.₂Lu₀.₂Y₀.₂)₂ZrO₅, высокоэнтропийном оксидном аналоге Gd₂ZrO₅. Этот материал удалось получить с помощью метода механической активации оксидной смеси, содержащей 0,2 мас.% гексагонального нитрида бора, и последующего высокотемпературного обжига при 1400–1500°C.

Что делает этот материал особенным? В отличие от Gd₂ZrO₅, который в тех же условиях остается двухфазным, переходя в структуры флюорита и биксбиита, новая керамика образует чистую однофазную структуру флюорита. Это было достигнуто благодаря использованию высокоэнтропийного оксидного соединения, что позволило снизить температуру синтеза и получить более стабильную фазу.

Ключевым элементом рецептуры стали 0,2 мас.% гексагональных добавок нитрида бора. Эти добавки способствовали значительной аморфизации исходных оксидов, облегчая процесс синтеза. Для анализа исходных порошков и полученной керамики использовались методы рентгеновской дифракции и СЭМ-анализа, а проводимость измерялась методом импедансной спектроскопии в сухом и влажном воздухе.

Интересно, что наибольшую протонную проводимость, порядка 2,5 × 10⁻⁵ См/см при 630°C, показала именно керамика (La₀.₂Nd₀.₂Ho₀.₂Lu₀.₂Y₀.₂)₂ZrO₅. Это открытие подчеркивает перспективность использования высокоэнтропийных оксидных аналогов для различных соединений. Такие материалы не только помогут снизить температуры синтеза и полиморфного превращения, но и могут стать замечательными протонными проводниками, улучшая гидратирующие свойства катионной подрешетки.

Исследование проведено коллективом авторов:

  • А.В. Шляхтина и Э.Д. Балдин -Федеральный исследовательский центр химической физики имени Н.Н. Семенова РАН, Россия
  • Г.А. Воробьева​, Д.Н. Столбов – Химический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Россия
  • Н.В. Лысков – Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН, Черноголовка, Россия

Shlyakhtina A.V., Baldin E.D., Vorobieva G.A., Stolbov D.N., Lyskov N.V. [1,2]. Successful synthesis of proton-conducting high-entropy (La0.2Nd0.2Ho0.2Lu0. 2Y0.2) 2ZrO5 ceramics. //Ceramics International, 29 April 2024 Q1 IF=5,2

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S027288422401719X

Представьте себе уникальный материал, создание которого возможно благодаря современным методам химической инженерии. Мы говорим о керамике (La₀.₂Nd₀.₂Ho₀.₂Lu₀.₂Y₀.₂)₂ZrO₅, высокоэнтропийном оксидном аналоге Gd₂ZrO₅. Этот материал удалось получить с помощью метода механической активации оксидной смеси, содержащей 0,2 мас.% гексагонального нитрида бора, и последующего высокотемпературного обжига при 1400–1500°C.

Что делает этот материал особенным? В отличие от Gd₂ZrO₅, который в тех же условиях остается двухфазным, переходя в структуры флюорита и биксбиита, новая керамика образует чистую однофазную структуру флюорита. Это было достигнуто благодаря использованию высокоэнтропийного оксидного соединения, что позволило снизить температуру синтеза и получить более стабильную фазу.

Ключевым элементом рецептуры стали 0,2 мас.% гексагональных добавок нитрида бора. Эти добавки способствовали значительной аморфизации исходных оксидов, облегчая процесс синтеза. Для анализа исходных порошков и полученной керамики использовались методы рентгеновской дифракции и СЭМ-анализа, а проводимость измерялась методом импедансной спектроскопии в сухом и влажном воздухе.

Интересно, что наибольшую протонную проводимость, порядка 2,5 × 10⁻⁵ См/см при 630°C, показала именно керамика (La₀.₂Nd₀.₂Ho₀.₂Lu₀.₂Y₀.₂)₂ZrO₅. Это открытие подчеркивает перспективность использования высокоэнтропийных оксидных аналогов для различных соединений. Такие материалы не только помогут снизить температуры синтеза и полиморфного превращения, но и могут стать замечательными протонными проводниками, улучшая гидратирующие свойства катионной подрешетки.

Исследование проведено коллективом авторов:

  • А.В. Шляхтина и Э.Д. Балдин -Федеральный исследовательский центр химической физики имени Н.Н. Семенова РАН, Россия
  • Г.А. Воробьева​, Д.Н. Столбов – Химический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Россия
  • Н.В. Лысков – Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН, Черноголовка, Россия

Shlyakhtina A.V., Baldin E.D., Vorobieva G.A., Stolbov D.N., Lyskov N.V. [1,2]. Successful synthesis of proton-conducting high-entropy (La0.2Nd0.2Ho0.2Lu0. 2Y0.2) 2ZrO5 ceramics. //Ceramics International, 29 April 2024 Q1 IF=5,2

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S027288422401719X