Inorganic MaterialsInorganic MaterialsНеорганические материалы0002-337X3034-5588The Russian Academy of Sciences67881810.31857/S0002337X24040052MZZWVFArticlesСтатьиResearch ArticleВлияние дисперсности компонентов на транспортные свойства композитов СaWO4–Al2O3Влияние дисперсности компонентов на транспортные свойства композитов СaWO4–Al2O3ГусеваА. Ф.
Russian Federation
Natalie.Pestereva@urfu.ruПестереваН. Н.
Russian Federation
Natalie.Pestereva@urfu.ruТушковаА. А.
Russian Federation
Natalie.Pestereva@urfu.ruРусскихО. В.
Russian Federation
Natalie.Pestereva@urfu.ruАдамоваЛ. В.
Russian Federation
Natalie.Pestereva@urfu.ruУральский федеральный университет1504202460445546322042025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0002-337X/article/view/678818

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.

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.

вольфрамат кальцияоксид алюминиядисперсностькомпозитные твердые электролитыМинистерство науки и высшего образования РФMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation123031300049-8Министерство науки и высшего образования РФMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation075-15-2021-677The research results were obtained within the framework of the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project number 123031300049-8) using the equipment of the Ural Federal University Scientific Research Center “Modern Nanotechnologies” (reg. No. 2968), supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project No. 075-15-2021-677).Результаты исследований получены в рамках выполнения государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ (номер проекта 123031300049-8) с использованием оборудования УЦКП “Современные нанотехнологии” УрФУ (рег. № 2968), поддержанного Министерством науки и высшего образования РФ (проект № 075-15-2021-677).Уваров Н.Ф. Композиционные твердые электролиты. Новосибирск: Изд. СО РАН, 2008. 258 с.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.2006.05.002Улихин 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/S0424857021080144Оболкина 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/S0044457X21080195Saad 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.2005.11.011Knauth P. Ionic Conductor Composites: Theory and Materials // J. Electroceram. 2000. V. 5. P. 111-125. https://doi.org/10.1023/A:1009906101421Liang 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/10.1149/1.2403248Mateyshina 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.2018.05.017Ulihin 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.2022.115889Ulikhin 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.2022.111710Уваров Н.Ф. Хайретдинов Э.Ф., Братель Н.Б. Композиционные твердые электролиты в системе AgI – Al2O3 // Электрохимия. 1993. T. 29. № 11. C.1406-1410.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.2023.116196Jow 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.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.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/S0424857023040072Mahato 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.2015.01.001Потанина 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/S0044457X19030164Repelin Y., Husson E. Etudes Structurales d’Alumines de Transition. I-Alumines Gamma et Delta // Mater. Res. Bull. 1990. V. 25. P. 611-621.Запольский А.К. Сернокислотная переработка высококремнистого алюминиевого сырья. Киев: Наук. думка, 1981. 208 с.Чукин Г.Д. Строение оксида алюминия и катализаторов гидрообессеривания. Механизмы реакций. М.: Типография Паладин, ООО «Принта», 2010. 288 с.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/S0424857023120095Пестерева 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/S0424857023080066Guseva 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.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/S0424857019060094Гусева 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/S0044457X2260164XЧеботин В.Н., Перфильев М.В. Электрохимия твердых электролитов. М.: Химия, 1978. 312 с.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.