nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2018-3-55-62nuc-100Research ArticleСтатьиМОДИФИЦИРОВАНИЕ СВОЙСТВ YSZ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ИОНАМИ АРГОНА И КИСЛОРОДАMODIFICATION OF YSZ PROPERTIES BY HIGH ENERGY IONS OF ARGON AND OXYGENХромушинИ. В.KhromushinI. V.

Алматы

АксеноваТ. И.AksenovaT. I.

Алматы

ЕрмолаевЮ. В.ErmolaevYu. V.

Алматы

ТусеевТ. Т.TuseevT. T.

Алматы

Институт ядерной физики МЭ РККазахстанInstitute of Nuclear Physics ME RKKazakhstanКазахский национальный технический университетКазахстанKazakh National Technical UniversityKazakhstanКазахский национальный университет им. аль-ФарабиКазахстанAl-Farabi Kazakh National UniversityKazakhstan201830092018035562Copyright © Хромушин И.В., Аксенова Т.И., Ермолаев Ю.В., Тусеев Т.Т., 20182018Хромушин И.В., Аксенова Т.И., Ермолаев Ю.В., Тусеев Т.Т.Khromushin I.V., Aksenova T.I., Ermolaev Y.V., Tuseev T.T.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/100

Изучено влияние облучения высокоэнергетическими ионами кислорода и аргона на структуру и проводящие свойства YSZ разного состава. Показано, что облучение YSZ ионами вызывает незначительные нарушения структуры приповерхностных областей сложного оксида, но не приводит к изменению типа кристаллической решетки. По-видимому, последнее связано с тем, что, как дефекты, так и имплантируемые ионы расположены, в основном, на достаточно больших от поверхности YSZ глубинах. Наряду с этим высокая радиационная стойкость приповерхностных слоев YSZ с концентрацией Y2O3 10 и 15 мол. %, по-видимому, обусловлена высокой концентрацией кислородных вакансий в исходных необлученных материалах, которые выступают как эффективные центры рекомбинации для дефектов, образующихся в процессе облучения. В образцах состава ZrO2 + 3 мол. % Y2O3 концентрация вакансий ниже, и в процессе облучения наряду с рекомбинацией имеет место заметный выход кислорода из YSZ. Это приводит к снижению концентрации кислорода и повышению концентрации циркония на поверхности сложного оксида. Определены значения энергий активации кислородионной проводимости исследуемых материалов. Замечено, что облучение YSZ тяжелыми ионами в ряде случаев может приводить к улучшению кислород-ионной проводимости данных материалов.

The influence of high-energy oxygen and argon ions irradiation on the structure and conductive properties of YSZ of various composition has been studied. It was shown that irradiation with YSZ ions causes minor failures in the structure of the near-surface regions of complex oxide, but does not cause any change in the type of crystal lattice. Apparently, the latter is due to the fact that both defects and implanted ions are mainly located quite deep from the surface of YSZ. Along with this, high radiation resistance of YSZ near-surface layers with the concentration of Y2O3 of 10 and 15 mol. %, is apparently due to the high concentration of oxygen vacancies in the initial unirradiated materials, which act as effective recombination centers for defects formed during irradiation. In the samples of ZrO2 + 3 mol. % Y2O3 composition, the concentration of vacancies is lower, and during irradiation there is a notable yield of oxygen from YSZ along with recombination. This leads to decrease in oxygen concentration and increase in zirconium concentration on the surface of the complex oxide. The values of the activation energies of the oxygen-ionic conductivity of the studied materials have been determined. It was noted that irradiation of YSZ with heavy ions in some cases can cause the improvement in the oxygen-ionic conductivity of these materials.

Работа выполнена при финансовой поддержке МОН РК (грант АР05130148).ReferencesIwahara H., Uchida H., Tanaka S. High temperature proton conducting solids oxide fuel cells using various fuels // J. Appl. Electrochem. – 1986.–Vol. 16. – P. 663–668.Iwahara H., Uchida H., Tanaka S. High temperature proton conducting solids oxide fuel cells using various fuels // J. Appl. Electrochem. – 1986.–Vol. 16. – P. 663–668.Pal’guev S.F. High-Temperature Solid State Protonic Electrolytes: A Literature Review. Yekaterinburg, Ural. Department of RAN. – 1998. – 82 p.Pal’guev S.F. High-Temperature Solid State Protonic Electrolytes: A Literature Review. Yekaterinburg, Ural. Department of RAN. – 1998. – 82 p.Bauerle J.E., Hrizo J. Interpretation of the resistivity temperature dependence of high purity (ZrO2) 0.90 (Y2O3) 0.10 // J. Phys.Chem. Solids. – 1969. – Vol.30. – P. 565.Bauerle J.E., Hrizo J. Interpretation of the resistivity temperature dependence of high purity (ZrO2) 0.90 (Y2O3) 0.10 // J. Phys.Chem. Solids. – 1969. – Vol.30. – P. 565.Solier J.D., Cachadina I., Dominques-Rodriques A. Ionic conductivity of ZrO2–12 mol % Y2O3 single crystals // Phys. Rev. B. – 1993. – Vol.48. – P. 3704.Solier J.D., Cachadina I., Dominques-Rodriques A. Ionic conductivity of ZrO2–12 mol % Y2O3 single crystals // Phys. Rev. B. – 1993. – Vol.48. – P. 3704.Горшков О.Н. О формировании нанокластеров циркония в стабилизированном диоксиде циркония при облучении ионами. // Вестник Нижегородского университета им. Лобачевского. 2010. – №5 (2).– С. 271–278.Горшков О.Н. О формировании нанокластеров циркония в стабилизированном диоксиде циркония при облучении ионами. // Вестник Нижегородского университета им. Лобачевского. 2010. – №5 (2).– С. 271–278.W.L. Gong, W. Lutze, R.C. Ewing. Zirconia ceramics for excess weapons plutonium waste // Journal of Nuclear Materials. – 2000. – V. 277. – Issues 2–3. – P. 239–249.W.L. Gong, W. Lutze, R.C. Ewing. Zirconia ceramics for excess weapons plutonium waste // Journal of Nuclear Materials. – 2000. – V. 277. – Issues 2–3. – P. 239–249.Ziegler J.F., Biersack J.P., Ziegler M.D., SRIM – The Stopping and Range of Ions in Matter. – 2012.– 398 pZiegler J.F., Biersack J.P., Ziegler M.D., SRIM – The Stopping and Range of Ions in Matter. – 2012.– 398 pAksenova T.I., Khromushin I.V., Zhotabaev Zh.R., Bukenov K.D., Berdauletov A.K, Medvedeva Z.V. Thermodesorption study of barium and strontium cerates // Solid State Ionics. – 2003. – Vol. 162–163. – P. 31–36.Aksenova T.I., Khromushin I.V., Zhotabaev Zh.R., Bukenov K.D., Berdauletov A.K, Medvedeva Z.V. Thermodesorption study of barium and strontium cerates // Solid State Ionics. – 2003. – Vol. 162–163. – P. 31–36.Jacobson A.J. Materials for solid oxide fuel cells // Chem. Mater. –2010. –V. 22. – P. 660–674.Jacobson A.J. Materials for solid oxide fuel cells // Chem. Mater. –2010. –V. 22. – P. 660–674.Lyskov N.V., Kolchina L.M., Pestrikov P.P., Mazo G.N., Antipov E.V. Electrotransport Properties of SOFC Cathode Materials Based on Lanthanum Cuprate Doped with Praseodymium and Strontium Oxides // Russian Journal of Electrochemistry. – 2016. – V. 52. – P. 642–647.Lyskov N.V., Kolchina L.M., Pestrikov P.P., Mazo G.N., Antipov E.V. Electrotransport Properties of SOFC Cathode Materials Based on Lanthanum Cuprate Doped with Praseodymium and Strontium Oxides // Russian Journal of Electrochemistry. – 2016. – V. 52. – P. 642–647.Boivin J.C., Mairesse G. Recent material developments in fast ion conductors // Chem. Mater. –1998. – V. 10. – P. 2870–2888.Boivin J.C., Mairesse G. Recent material developments in fast ion conductors // Chem. Mater. –1998. – V. 10. – P. 2870–2888.Хромушин И.В., Аксенова Т.И. Влияние низкоэнергетических ионов аргона на проводящие свойства YSZ. // Вестник НЯЦ РК. – 2017. – выпуск 1. – С. 55–61.Хромушин И.В., Аксенова Т.И. Влияние низкоэнергетических ионов аргона на проводящие свойства YSZ. // Вестник НЯЦ РК. – 2017. – выпуск 1. – С. 55–61.Токий Н.В., Перекрестов Б.И., Савина Д.Л., Даниленко И.А. Концентрационная и температурная зависимости энергии миграции кислорода в стабилизированном иттрием диоксиде циркония // Физика твердого тела. – 2001. – Т. 53. – Вып.9. – С. 1732–1736.Токий Н.В., Перекрестов Б.И., Савина Д.Л., Даниленко И.А. Концентрационная и температурная зависимости энергии миграции кислорода в стабилизированном иттрием диоксиде циркония // Физика твердого тела. – 2001. – Т. 53. – Вып.9. – С. 1732–1736.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.