ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДВОЙНЫХ ОКСИДОВ Bi2Ca2O5, Bi2CaO4 И Bi24Co2O39
Аннотация
Двойные оксиды Bi2Ca2O5, Bi2CaO4 и Bi24Co2O39 представляют интерес как промежуточные фазы при получении оксидных термоэлектриков Bi2Ca2Co1,7Oy и (Ca,Bi)3Co4O9+d, а также как примесные фазы в гетерогенной керамике на основе слоистых оксидов висмута-кальция. В данной работе керамические образцы Bi2Ca2O5, Bi2CaO4 и Bi24Co2O39 были получены твердофазным методом из Bi2O3, CaCO3 и Co3O4 на воздухе в интервале температур 923‒1143 К. Кристаллическая структура образцов была исследована при помощи рентегенофазового анализа (РФА) (рентгеновский дифрактометр Bruker D8 XRD, CuKa излучение (l = 1,5406 Å)). Тепловое расширение, электропроводность (s), диэлектрическая проницаемость (e) и диэлектрические потери (tgd) керамики были изучены на воздухе в интервале температур 290-1070 K. Bi2Ca2O5 кристаллизуется в триклинной сингонии
(a = 1,01(2) нм, b = 1,01(5) нм, c = 1,05 нм, a = 116,9(1)°, b = 107,14(3)°, g = 92,89°, V = 0,890 нм3, ρрент = 6,47 г/см3), Bi2CaO4 - в моноклинной (a = 1,664(7) нм, b = 1,162(1) нм, c = 1,402(7) нм, b = 134,17(2)°, V = 1,945(26) нм3, ρрент = 7,13 г/см3), а Bi24Co2O39 - в кубической (a = 1,021(1) нм, V = 1,063(16) нм3, ρрент = 9,00 г/см3). Значения кажущейся плотности спеченной керамики составили 5,78, 4,82 и 7,42 г/см3 для Bi2Ca2O5, Bi2CaO4 и Bi24Co2O39 соответственно. Электропроводность исследованных материалов носит полупроводниковый характер, при этом возрастание содержания оксида висмута в керамике приводит к увеличению ее электропроводности, диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь. Значения среднего температурного коэффициента линейного расширения составляют 12,9×10–6, 14,7×10–6 и 16,0×10–6 K–1, энергии активации электропроводности - 1,393, 1,159 и 0,499 эВ, а температур максимума диэлектрических потерь за счет дипольной поляризации - 923, 780 и 681 К для Bi2Ca2O5, Bi2CaO4 и Bi24Co2O39 соответственно. На температурной зависимости диэлектрической проницаемости фазы Bi24Co2O39 обнаружен локальный максимум при температуре 845 К, связанный, очевидно, с частичным разупорядочением диполей в его кристаллической структуре.
Для цитирования:
Клындюк А.И., Красуцкая Н.С. Тепловое расширение и электрические свойства двойных оксидов Bi2Ca2O5, Bi2CaO4 и Bi24Co2O39.Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017. Т. 60. Вып. 10. С. 30-35
Литература
Sotelo A., Rasekh Sh., Madre M.A., Guilmeau E., Marinel S., Diez J.C. Solution-based synthesis routes to thermoelectric Bi2Ca2Co1.7Ox. J. Eur. Ceram. Soc. 2011. V. 31. P. 1763-1769. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2011.03.008.
Matsukevich I.V., Klyndyuk A.I., Tugova E.A., Tomkovich M.V., Krasutskaya N.S., Gusarov V.V. Synthesis and proper-ties of materials based on layered calcium and bismuth cobaltites. Russ. J. Appl. Chem. 2015. V. 88. N 8. P. 1241–1247. DOI: 10.1134/S1070427215080030.
Krasutskaya N.S., Klyndyuk A.I., Chizhova E.A., Puhachou E.S. Synthesis and thermoelectric properties of materials based on layered bismuth and calcium cobaltites. Izv. Vessh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2016. V. 59. N 12. P. 87-92 (in Rus-sian). DOI: 10.6060/tcct.20165912.5465.
Rawn C.J., Roth R.S., McMurdie H.F. Powder X-ray diffraction data for Ca2Bi2O5 and Ca4Bi6O13. Powder Diffraction. 1992. V. 7. N 2. P. 109–111.
Parise J.B., Torardi C.C., Rawn C.J., Roth R.S., Burton B.P., Santoro A. Synthesis and structure of Ca6Bi6O15: Its relation-ship to Ca4Bi6O13. J. Solid State Chem. 1993. V. 102. P. 132–139.
Natali Sora I., Wong-Ng W., Huang Q., Roth R.S., Rawn C.J., Burton B.P., Santoro A. X-ray and neutron diffraction study of CaBi2O4. J. Solid State Chem. 1994. V. 109. P. 251-258.
Haemers T.A.M., IJdo D.J.W., Helmholdt R.B. Structure Determination of Calcium Dibismuth Tetraoxide. Mat. Res. Bull. 1992. V. 27. P. 1243–1248.
Jankovský O., Sedmidubský D., Sofer Z. Phase diagram of the pseudobinary system Bi–Co–O. J. Eur. Ceram. Soc. 2013. V. 33. P. 2699–2704. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2013.04.035.
Clyndyuck A.I., Petrov G.S., Bashkirov L.A., Poluyan A.F., Savitsky A.A., Tichonova L.A. Physicochemical properties of some complex oxides related to the high-temperature superconductors. High Temperatures – High Pressures. 1998. V. 30. N 4. P. 489–492.
Aplesnin S.S., Udod L.V., Sitnikov M.N., Velikanov D.A., Gorev M.V., Molokeev M.S., Galyas A.I., Yanushkevich K.I. Magnetic and electrical properties of bismuth cobaltite Bi24(CoBi)O40 with charge ordering. Physics of the Solid State. 2012. V. 54. N 10. P. 2005–2014. DOI: 10.1134/S106378341210006X.
Klyndyuk A.I., Chizhova Ye.A. Thermoelectric properties of the layered oxides LaBaCu(Co)FeO5+δ (Ln = La, Nd, Sm, Gd). Funct. Mater. 2009. V. 16. N 1. P. 17–22.
Klyndyuk A.I., Chizhova E.A. Effect of bismuth substitution by neodymium and of iron by manganese on the dielectric proper-ties of perovskite bismuth ferrite. Vestsi NAN Belarusi. Ser. khim. navuk. 2015. N 1. P. 7–11 (in Russian).
