МОДИФИЦИРОВАНИЕ СВОЙСТВ YSZ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ИОНАМИ АРГОНА И КИСЛОРОДА

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.

1. 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.

2. Pal’guev S.F. High-Temperature Solid State Protonic Electrolytes: A Literature Review. Yekaterinburg, Ural. Department of RAN. – 1998. – 82 p.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Ziegler J.F., Biersack J.P., Ziegler M.D., SRIM – The Stopping and Range of Ions in Matter. – 2012.– 398 p

8. 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.

9. Jacobson A.J. Materials for solid oxide fuel cells // Chem. Mater. –2010. –V. 22. – P. 660–674.

10. 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.

11. Boivin J.C., Mairesse G. Recent material developments in fast ion conductors // Chem. Mater. –1998. – V. 10. – P. 2870–2888.

12. Хромушин И.В., Аксенова Т.И. Влияние низкоэнергетических ионов аргона на проводящие свойства YSZ. // Вестник НЯЦ РК. – 2017. – выпуск 1. – С. 55–61.

13. 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.