1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 8, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 8, стр. 896-903

Синтез и электропроводность нанокристаллического фторида скандия

Н. И. Сорокин 1, *, И. И. Бучинская 1

1 Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” Российской академии наук
119333 Москва, Ленинский пр., 59, Россия

* E-mail: nsorokin1@yandex.ru

Поступила в редакцию 27.04.2023
После доработки 23.06.2023
Принята к публикации 23.06.2023

Аннотация

Методом мягкой химии (осаждением HF из водного ScCl3) синтезированы однофазные нанокристаллы ScF3 (тип ReO3, пр. гр. $Pm\bar {3}m$) со средним размером зерен ~20 нм и параметром элементарной ячейки a = 4.0054 ± 0.0002 Å. На приготовленных из них холодным прессованием керамических образцах измерена ионная проводимость, которая составляет 1.0 × 10−5 См/см при 673 K. Энергия активации ионного переноса в керамических образцах равна 1.09 ± 0.05 эВ. Величина проводимости нанокристаллического ScF3 превышает электропроводность микро- и монокристаллических образцов в 25 и 250 раз соответственно.

Ключевые слова: фторид скандия, нанокристаллы, ионная проводимость, порошковый рентгенофазовый анализ, импедансная спектроскопия

Список литературы

  1. Бучинская И.И., Сорокин Н.И. Нанокристаллические растворы R1−xScxF3 (R = La, Pr) со структурой тисонита: синтез и электропроводность // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 7. С. 877–884. https://doi.org/10.31857/S0044457X23600044

  2. Сорокин Н.И., Ивановская Н.А., Бучинская И.И. Ионная проводимость нанокерамики холодного прессования Pr0.9Pb0.1F2.9, полученной механосинтезом компонентов // ФТТ. 2023. Т. 65. № 1. С. 106–111.

  3. Кузнецов С.В., Федоров П.П., Воронов В.В., Самарина К.С., Осико В.В. Синтез порошков Ba4R3F17 (R – редкоземельные элементы) из водных растворов // Журн. неорган. химии. 2010. Т. 55. № 4. С. 536–545.

  4. Сорокин Н.И., Ивановская Н.А., Соболев Б.П. Ионная проводимость керамик холодного прессования из помола синтезированных реакцией в расплаве твердых электролитов R0.95M0.05F2.95 (R = La, Nd; M = Ca, Sr, Ba) // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 2. С. 286–289. https://doi.org/10.7868/S002347611402026X

  5. Гарашина Л.С., Соболев Б.П., Александров В.Б., Вишняков Ю.С. О кристаллохимии фторидов редкоземельных элементов // Кристаллография. 1980. Т. 25. № 2. С. 294–300.

  6. Болотина Н.Б., Черная Т.С., Верин И.А., Хрыкина О.Н., Соболев Б.П. Диморфизм кристаллов RF3 (R = La–Nd) по данным рентгенодифракционных исследований // Кристаллография. 2016. Т. 61. № 1. С. 36–41. https://doi.org/10.7868/S0023476116010045

  7. Spedding F.H., Beaudry B.J., Henderson D.C., Moorman J. High-Temperature Enthalpies and Related Thermodynamic Functions of the Trifluorides of Sc, Ce, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Er, Tm, and Yb // J. Chem. Phys. 1974. V. 60. № 4. P. 1578–1588.

  8. Karimov D., Buchinskaya I., Arkharova N., Prosekov P., Grebenev V., Sorokin N., Glushkova T., Popov P. Growth from the Melt and Properties Investigation of ScF3 // Crystals. 2019. V. 9. P. 371–387. https://doi.org/10.3390/cryst9070371

  9. Сорокин Н.И., Каримов Д.Н., Гребенев В.В., Соболев Б.П. Ионная проводимость монокристаллов ScF3 (тип ReO3) // Кристаллография. 2016. Т. 61. № 2. С. 270–274. https://doi.org/10.7868/S0023476116020284

  10. Федоров П.П., Трновцова В., Кочерба Г.И., Соболев Б.П. Ионная проводимость и диэлектрическая релаксация фторида скандия // Кристаллография. 1995. Т. 40. № 4. С. 716–720.

  11. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. Фтор-ионная проводимость разных технологических форм твердых электролитов R1−yMyF3−y (тип LaF3) (M = Ca, Sr, Ba; R − редкоземельные элементы) // Кристаллография. 2016. Т. 61. № 3. С. 468–474. https://doi.org/10.7868/S0023476116020296

  12. Patro L.N. Role of Mechanical Milling on the Synthesis and Ionic Transport Properties of Fast Fluoride Ion Conducting Materials // J. Solid State Electrochem. 2020. V. 24. P. 2219–2232. https://doi.org/10.1007/s10008-020-04769-x

  13. Puin W., Rodewald S., Ramlau R., Heitjans P., Maier J. Local and Overall Ionic Conductivity in Nanocrystalline CaF2 // Solid State Ionics. 2000. V. 131. № 1–2. P. 159–164.

  14. Gaurkhede G.S. Synthesis and Studies Room Temperature Conductivity, Dielectric Analysis of LaF3 Nanocrystals // Nanosystems: Phys. Chem. Math. 2014. V. 5. № 6. P. 843–848.

  15. Patro L.N., Bharathi K.K., Raju N.R.C. Microstructural and Ionic Transport Studies of Hydrothermally Synthesized Lanthanum Fluoride Nanoparticles // AIP Adv. 2014. V. 4. P. 127139. https://doi.org/10.1063/1.4904949

  16. Breuer S., Gombotz M., Pregartner V., Hanzu I., Martin H., Wilkening R. Heterogeneous F Anion Transport, Local Dynamics and Electrochemical Stability of Nanocrystalline La1–xBaxF3–x // Energy Storage Mater. 2019. V. 16. P. 481–503. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2018.10.010

  17. Breur S., Lunghammer S., Kiesl A., Wilkening M. F Anion Dynamics in Cation-Mixed Nanocrystalline LaF3: SrF2 // J. Mater. Sci. 2018. V. 53. P. 13669–13681. https://doi.org/10.1007/s10853-018-2361-x

  18. Chable J., Martin A.G., Bourdin A., Legein C., Jouanneaux A., Crosuier-Lopez M.P., Galven C., Pieudonne B., Leblanc M., Demourgnes A., Maisonneuve V. Fluoride Solid Electrolytes: From Microcrystalline to nanostructured tysonite-type La0.95Ba0.05F2.95 // J. Alloys Compd. 2017. V. 692. P. 980–988. doi: j.jallcom.2016.09.135

  19. Duvel A., Bendarcik J., Sepelak V., Heitjans P. Mechanosynthesis of the Fast Fluoride Ion Conductor BaLaF – from the Fluorite to the Tysonite Structure // J. Phys. C. 2014. V. 118. № 13. P. 7117–7129. https://doi.org/10.1021/JP410018T

  20. Маякова М.Н., Кузнецов С.В., Воронов В.В., Баранчиков А.Е., Иванов В.К., Федоров П.П. Синтез порошков в системе BaF2–ScF3 методом мягкой химии // Журн. неорган. химии. 2014. Т. 59. № 7. С. 988–992. https://doi.org/10.7868/S0044457X14070228

  21. Fedorov P.P., Luginina A.A., Kuznetsov S.V., Osiko V.V. Nanofluorides // J. Fluor. Chem. 2011. V. 132. P. 1012–1039.

  22. Маякова М.Н., Кузнецов С.В., Федоров П.П., Воронов В.В., Ермаков Р.П., Болдырев К.Н., Карбань О.В., Уваров О.В., Баранчиков А.Е., Осико В.В. Синтез и исследование ксерогелей фторидов // Неорган. материалы. 2013. Т. 49. № 11. С. 1242–1246. https://doi.org/10.7868/S0002337X13110109

  23. Кузнецов С.В., Осико В.В., Ткаченко Е.А., Федоров П.П. Неорганические нанофториды и нанокомпозиты на их основе // Успехи химии. 2006. Т. 75. № 12. С. 1193–1211.

  24. Boultifand A., Louer D. Powder Pattern Indexing with the Dichotomy Method // J. Appl. Crystallogr. 2004. V. 37. P. 724–731. https://doi.org/10.1107/S0021889804014876

  25. Petricek V., Dusek M., Palatinus L. Crystallographic Computing System JANA2006: General Features // Z. Kristallogr. – Cryst. Mater. 2014. B. 229. S. 345–352. https://doi.org/10.1515/zkri-2014-1737

  26. Болдырев В.В. Экспериментальные методы в механохимии твердых неорганических веществ. Новосибирск: Наука, 1983. 65 с.

  27. Иванов-Шиц А.К., Сорокин Н.И., Федоров П.П., Соболев Б.П. Проводимость твердых растворов Sr1–xLaxF2+x (0.03 ≤ x ≤ 0.40) // ФТТ. 1983. Т. 25. № 6. С. 1748–1753.

  28. Александров К.С., Воронов А.Н., Втюрин А.Н., Крылов А.С., Молокеев М.С., Павловский М.С., Горяйнов С.В., Лихачева А.Н., Анчаров А.И. Индуцированный давлением фазовый переход в кубическом кристалле ScF3 // ФТТ. 2009. Т. 51. № 4. С. 764–770.

  29. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. 416 с.

  30. Федоров П.П., Кузнецов С.В., Маякова М.Н., Воронов В.В., Ермаков Р.П., Баранчиков А.Е., Осико В.В. Синтез бинарных фторидов методом соосаждения из водных растворов // Журн. неорган. химии. 2011. Т. 56. № 10. С. 1604–1610.

  31. Achary K.R., Rao Y.B., Patro L.N. Structural and Transport Properties of Machanochemically Synthesized La0.9Ba0.1F2.9 and La0.9Ba0.05Ca0.05F2.9 // Mater. Lett. 2021. V. 301. P. 130337. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130337

  32. Мурин И.В., Глумов О.В., Амелин Ю.В. Механизм ионного переноса в LaF3 // Журн. прикл. химии. 1980. Т. 53. № 7. С. 1474–1478.

  33. Сорокин Н.И., Смирнов А.Н., Федоров П.П., Соболев Б.П. Суперионная фторидная керамика RF3 и R0.95M0.05F2.95 (R = La, Ce, Pr, Nd), полученная горячим прессованием // Электрохимия. 2009. Т. 45. № 5. С. 641–644.

  34. Сорокин Н.И., Фоминых М.В., Кривандина Е.А., Жмурова З.И., Соболев Б.П. Ионный перенос в твердых растворах R1–xSrxF3–x со структурой типа LaF3 (тисонита) // Кристаллография. 1996. Т. 41. № 2. С. 310–319.

  35. Алиев А.Э. Транспортные свойства суперионных кристаллов со структурой тисонита // Электрохимия. 1990. Т. 26. № 1. С. 79–81.

  36. Бучинская И.И., Теплякова Т.О., Сорокин Н.И., Каримов Д.Н. Композиционные материалы в системе CaF2–BaF2 // Кристаллография. 2023. Т. 68. № 2. С. 306–312. https://doi.org/10.31857/S0023476123020054

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал