WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Модель, которая использовалась для описания токов ионов в наночастицах, основана на влиянии поверхностной энергии, связанной с поверхностным натяжением, на диффузию ионов кислорода по кислородным вакансиям. Однако, как было показано в [15], при рассмотрении сегнетоэлектрических наночастиц с учетом Рис. 4. Температурная зависимость ионной проводимости для вклада поверхностного натяжения свойства меняются разных размеров наночастиц R, nm: 10 (1), 20 (2), 200 (3), особенно сильно в области, близкой к поверхности 1000 (4), 1200 (5) при = 25 N/m.

Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. Особенности ионной проводимости кислорода в оксидной нанокерамике 5. Сравнение с экспериментом Подробные измерения для нанозеренных пленок ZrOI2 : 16%Y с толщиной 330 nm были проведены недавно [5]. Поскольку было показано, что все свойства практически совпадают со свойствами объемного поликристалла, для всех размеров пленок больше 100 nm будем рассматривать образцы как нанозеренную керамику.

Поскольку механическое давление, вызванное поверхностным натяжением, — основная идея нашей модели, начнем со сравнения теории с наблюдавшейся зависимостью механического напряжения от размеров наночастиц. Эта зависимость была получена в [5] на основе анализа формы дифракционной линии рентгеновского излучения. Учитывая линейную связь через упругий модуль S между механической деформацией d/d и напряжением, даваемым уравнением (1), а именно Рис. 6. Cравнение теории с экспериментом [5] для R = 10 nm = S d/d = 2/R, можно ожидать линейную зависи(светлые точки) и 1200 nm (темные точки) для температурной мость деформации от обратного размера наночастицы.

зависимости ионной проводимости.

Из рис. 5 следует, что эта зависимость (прямая линия) действительно наблюдалась экспериментально (точки) для всех образцов, кроме одного, с самым малым и то, что только среднее значение ионной проводимости средним размером частицы. По нашему мнению, это можно измерять, усредним выражение (6) с функцией может быть связано с ростом неточности измерений для распределения размеров F(R), даваемой формулой (8), чрезвычайно малых наночастиц. Заметим, что не зависит. е.

мая от размера часть напряжения может быть связана с вкладом ядра частиц. Учитывая, что S 3 · 1012 N/m= I0 E0 2V для ZrO2 : 16% Y2O3 [18], можно оценить значение ко= F(R) exp - sh dR. (11) A kT RkT эффициента поверхностного натяжения из экспериментальных точек, которые лежат на прямой линии рис. 5.

Оценка дает значение коэффициента = 15 N/m.

Упростим формулу (11), учитывая, что образцы Перейдем к сравнению измеренного и рассчитанного ZrO2 : 16% Y имели очень узкие функции распределения тока ионов кислорода и к описанию экспериментальных размеров зерен [5]. Это позволяет записать формулу (11) данных для нанозеренной керамики ZrO2 : 16% Y [15]. в виде I0 E0 2V Учитывая распределение размеров нанозерен в керамике exp - sh, (12) A kT RkT где R = R0, так как из-за узкого распределения значения среднего и самого вероятного размеров частицы совпадают.

Сравнение экспериментальной зависимости тока ионов кислорода от температуры с теоретическими выражениями (11) либо (12) выполнялось при = 25 N/m и = 0.45 nm, R0 = 10 nm для наночастиц с R = 10 nm и при = 65 nm, R0 = 1200 nm для частиц с R = 1200 nm. Из рис. 6 видно, что экспериментальные точки очень хорошо ложатся на сплошную прямую линию (R = 10 nm) и на штриховую линию (R = 1200 nm), которые были построены с помощью формулы (11).

Параметры функции распределения и R0, использованные для „сшивки“, показали, что распределение размеров было действительно узким, так что приближенная формула (12) может успешно использоваться вместо формулы (11). Отметим, что сравнение экспериментальных данных с рассчитанными по формуле Рис. 5. Зависимость механического напряжения от размеров (11) при = 20 N/m (R0 = 10 nm, = 0.475 nm) или наночастиц. Сплошная линия — теория (см. уравнение (1));

точки — эксперимент [5]. при 15 nm (R0 = 10 nm, = 0.525 nm) также приводит 11 Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 2084 М.Д. Глинчук, П.И. Быков, Б. Хилчер [6] N.Q. Minh, T. Takahashi. Science and Technology of Ceramic Fuel Cells. Elsevier Science B.V., Amsterdam, Netherlands (1995).

[7] A. Pawlowski, B. Hilczer. Key Engineering Materials 155–156, 199 (1998).

[8] I. Kosacki, H.U. Anderson. Sensors and Actuators B 48, (1998).

[9] L. Landau, E. Lifshits. Statistical Physics, Part I. Pergamon Press, Oxford (1982).

[10] Wenhui Ma, Mingsheng Zhang, Zuhong Lu. Phys. Stat.

Sol. (a) 166, 811 (1998).

[11] S.D. Gercriken, I.Ya. Dechtyar. Diffusion in metals and allows in solid phase. Moscow (1960).

[12] А.М. Косевич. Физическая механика реальных кристаллов.

Наукова думка, Киев (1981).

[13] M.D. Glinchuk, P.I. Bykov. J. Phys.: Cond. Mat. 16, (2004).

[14] D.J. Hudson. Statistics for Physicists. Geneva (1967).

[15] M.D. Glinchuk, A.N. Morosovska. Phys. Stat. Sol. 238, (2003).

[16] M.D. Glinchuk, A.N. Morosovska, A.M. Slipenyuk, I.P. Bykov.

Appl. Magn. Res. 24, 333 (2003).

[17] A.M. Slipenyuk, M.D. Glinchuk, I.P. Bykov, A.V. Ragulya, V.P. Klimenko, T.E. Konstantinova, I.A. Danilenko. Ferroelectrics 298, 289 (2004).

[18] Landolt-Brstein. Numerical Data and Functiona Relationships in Science and Technology. Springer-Verlag, Berlin– Heidelberg–N. Y. (1979). Vol. 11.

Рис. 7. Зависимость ионной проводимости от размеров.

Сплошная линия — теория, точки — эксперимент [5].

к хорошему согласованию результатов. Но именно при = 25 N/m достигается наилучшее сшивание. Таким образом, можно предположить, что значение для ZrO2 : 16% Y2O3 может находиться в промежутке между 15 и 25 N/m. Сравнение теоретической и наблюдаемой размерных зависимостей тока ионов, возникающего на границах зерен, представлено на рис. 7. На графике видно, что формула (12) без свободных параметров достаточно хорошо сшивает экспериментальные точки.

Это говорит о существенном вкладе оболочки частиц в ионную проводимость. Таким образом, проведенный анализ показал, что именно поверхностное натяжение наночастиц является механизмом, ответственным за существенное увеличение проводимости ионов кислорода в нанозеренных образцах, причем главный вклад в проводимость связан с оболочкой частицы.

Список литературы [1] A.P. Alivisatos. MRS 20, 23 (1995).

[2] Nanophase materials, Synthesis–Properties–Applications / Eds G.C. Hadjipanayis, R.W. Siegel. Kluwer Academic Publishers, Dodrecht (1994).

[3] N. Setter, R. Waser. Acta Mater. 48, 151 (2000).

[4] I. Kosacki, H.U. Anderson. Appl. Phys. Lett. 69, 4171 (1996).

[5] I. Kosacki, H.U. Anderson. Ionics 6, 294 (2000).

Физика твердого тела, 2006, том 48, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.