Синтез, кристалічна структура та електричні властивости керамік Li2O - Fe2O3 - Al2O3 на межі метастабільних станів

Abstract

На основі Х-проміневоструктурних, мессбауерівських, імпедансних, електронно-мікроскопічних та електрохемічних досліджень здійснено комплексну аналізу твердих розчинів літієвих феритів та літієвих алюмінатів у широкому концентраційному діапазоні в залежности від умов охолодження на завершальному етапі твердофазного керамічного синтезу. Встановлено зв’язок між модифікацією фазового складу, кристалічної структури та електричними властивостями. Досліджено концентраційні межі існування гетерофазности системи Li2O - Fe2O3 - Al2O3 у ділянках метастабільних станів, фазовий склад, особливосте будови зерен отриманих зразків. Вивчено залежність електрофізичних властивостей керамік від складу та умов аналізи. Показано, що зразки, які отримані у квазірівноваґових умовах, мають високі значення йонної складової провідносте з коефіцієнтом дифузії літію 0,5Т0-12 см/с. Йонна провідність реалізується у зернах шпінельної фази, що є основною. Існування сеґнетоелектричного температурного діапазону зразків визначається поляризацією межі зерен за рахунок міграції йонів Li+. Йонна провідність загартованих шпінелей блокується на межі мезоструктурних утворень, які є ділянками, збагаченими або збідненими йонами Al3+. Електронна провідність зразків є суперпозицією електронно-стрибкового та активаційного процесів, які проявляються у різних температурних діапазонах. Показано, що кристалічна структура та мікроструктурні утворення твердих розчинів літієвих феритів та літієвих алюмінатів на межі метастабільних станів дозволяють отримати придатну для літієвої електрохемічної інтеркаляції систему з необхідними інтеркаляційними та електрон- транспортними характеристиками. Це робить можливим побудову літієвих хемічних джерел струму із катодами на основі отриманих систем без залучення додаткових технологічних прийомів. Отримані джерела струму з робочою напругою ~2 В характеризується питомим зарядом ~300 Атод./кг та питомою енергією ~625 Вттод./кг.