Электро- и массоперенос в ниобатах и танталате лития Шарафутдинов, Альберт Рашитович

Введение к работе

Актуальность темы. Ниобат лития.- LiNb0₃ наиболее широко используемое соединение из ряда ниобатов и танталатов щелочных и щелочноземельных металлов. Набор уникальных свойств: высокие температура Кюри, электрооптические коэффициенты и пьезоэлектрические постоянные быстро вывели этот материал из разряда перспективных в продукт промышленного химического синтеза. Однако отсутствие надежных данных о процессах электро- и массопереноса в LiNb0₃ и родственных ему соединениях затрудняет термоэлектрохимическую обработку материалов при производстве изделий на их основе. Эти обстоятельства обусловили актуальность настоящей работы, выполненной в рамках Государственной исследовательской программы РФ "Университеты России" по направлению "Фундаментальные исследования новых материалов и процессов в веществе" и гранта 95-03-08997 РФФИ.

Целью настоящей работы является комплексное исследование транспортных свойств монокристаллов и керамики ниобатов и танталата лития, а также кинетики и механизма реакции синтеза LiNb03 с помощью классических и электрохимических методов, которое включает следующие задачи:

1. Определение природы электро- и массопереноса в ниобатах и танталате лития (типа ионных носителей заряда, а так же границ электронной и ионной проводимости).

2. Комплексное исследование механизма синтеза LiNb03, в том числе изучение зависимости скорости твердофазной реакций синтеза от градиента электрического потенциала и исследование реакционной разности потенциалов.

3. Изучение особенностей электропереноса в керамике ниобата лития.
Научная новизна. Впервые проведено систематическое комплексное

исследование характера и величины электропереноса в ниобатах (Li₃Nb04, LiNb0_3> LiNb₃0₈) и танталате (LiTa0₃) лития, изучены кинетика и механизм реакции синтеза LiNb0₃.

Установлено, что основной ионный электроперенос в ниобатах и танталате лития осуществляется ионами лития. Для керамики и монокристаллов Ьі№Оз определены границы литиевой, электронной и протонной проводимости в широких интервалах температур и парциальных давлений кислорода.

Впервые детально изучен высокотемпературный электроперенос в ЫзМЪО^, LiNb₃0₈ и Ша0₃.

Показано, что реакция синтеза LiNb0₃ осуществляется за счет переноса ионов лития через слой продукта. Скорость реакции и характер взаимодействия сложно зависят от Pq₂ и Рн₂о-

Впервые обнаружена фазовая сегрегация на поверхности зерен керамики ниобата лития и ее решающий вклад в величину и долю ионной проводимости.

Практическая ценность. Знания о характере и величине проводимости в ниобатах и танталате лития, по кинетике и механизму синтеза ЫТМЪОз носят фундаментальный справочный характер. Вместе с тем они являются базовыми при проведении термоэлектрохимической обработки изделий из ниобата лития, в процессах выращивания кристаллов в .электрическом поле, монодоменизацин, создании эпиктаксиальных волноводных структур.

Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на ГХ Всесоюзном совещании по физической химии и электрохимии ионных расплавов и

твердых электролитов (Свердловск, 1987), IV Всесоюзном симпозиуме "Твердые электролиты и их аналитическое применение "(Минск, 1990), X Всесоюзном совещании по физической химии и электрохимии ионных расплавов и твердых электролитов (Екатеринбург, 1992), Всероссийской конференции по химии твердого тела и новым материалам (Екатеринбург, 1996), на 13 International Simposium on the reactivity of solids, (Hamburg, 1996).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы, приложения. Материал изложен на 130 страницах, куда входят 47 рисунков, 12 таблиц. Список литературы содержит 65 наименования.