بررسی اثر افزودن عناصر زیرکونیوم و کروم بر رفتار تبلور و هدایت یونی شیشه-سرامیک های سیستم li2o-tio2-p2o5

هدف از انجام این پژوهش، بررسی رفتار هدایت یونی شیشه-سرامیک های li2o-tio2-p2o5 می باشد. در این راستا، ابتدا با توجه به این موضوع که با انتخاب ترکیب استوکیومتری احتمال تبلور فازهای نامطلوب کم می باشد ترکیب استوکیومتری در نظر گرفته شد. سپس با توجه به رفتار شیشه سازی نامطلوب آن، به منظور بهبود رفتار شیشه سازی به این ترکیب مقادیر مختلف sio2 افزوده شد. پس از بهینه سازی رفتار شیشه سازی، شیشه 100 قسمت liti2(po4)3 و 5 قسمت sio2 به-عنوان شیشه پایه انتخاب شد. شیشه پایه پس از عملیات حرارتی در دمای پیک تبلور (?c700) به مدت 2 ساعت، دارای فاز liti2(po4)3 به عنوان فاز بلورین اصلی و فاز tio2 به عنوان فاز بلورین فرعی بود. در ادامه تأثیر دمای عملیات حرارتی بر فازهای بلورین متبلور شده، ریزساختار، رفتار هدایت الکتریکی و انرژی اکتیواسیون هدایت الکتریکی مورد ارزیابی قرار گرفت. افزایش دمای عملیات حرارتی از دمای ?c700 به ?c950، کاهش انرژی اکتیواسیون هدایت از مقدار 91/27 به kj/mol 21/21 و افزایش هدایت الکتریکی از مقدار 5-10×3 به scm-14-10×7 را در پی داشت. با افزایش بیشتر دمای عملیات حرارتی به دمای ?c1000 مقاومت الکتریکی افزایش یافت. سپس عنصر دوپ شونده cr به ترکیب شیشه پایه افزوده شد و تأثیر افزودن این عنصر بر رفتار تبلور، فازهای بلورین متبلور شده، ریزساختار، پارامترهای شبکه، رفتار هدایت الکتریکی و انرژی اکتیواسیون هدایت ترکیب 100 قسمت li1+xcrxti2-x(po4)3 و 5 قسمت sio2 (x=0.2-0.8) مورد ارزیابی قرار گرفت. با وجود افزودنی اکسید کروم بیشترین مقدار هدایت دمای اتاق با مقدار s/cm2-10×14/2 و کمترین مقدار انرژی اکتیواسیون هدایت با مقدار kj/mol1/15 به ازای 5/0x= حاصل شد. بنابراین، شیشه-سرامیک 100 قسمت li1.5cr0.5ti1.5(po4)3 و 5 قسمت sio2 به عنوان ترکیب حاوی مقدار بهینه اکسید کروم انتخاب شد. سپس اثر عملیات حرارتی بر فازهای بلورین متبلور شده، ریزساختار، هدایت الکتریکی و انرژی اکتیواسیون هدایت مورد بررسی قرار گرفت. بیشترین مقدار هدایت دمای اتاق با مقدار s/cm2-10×31/35 و کمترین مقدار انرژی اکتیواسیون هدایت با مقدار kj/mol1/9 برای نمونه ای که در دمای ?c780 به مدت 2 ساعت تحت عملیات حرارتی قرار گرفته بود، حاصل شد. در مرحله بعد افزودنی اکسید زیرکنیوم به ترکیب شیشه پایه اضافه شد و اثر افزودن این عنصر بر رفتار تبلور، فازهای بلورین متبلور شده، ریزساختار، پارامترهای شبکه a و c، رفتار هدایت الکتریکی و انرژی اکتیواسیون هدایت مورد ارزیابی قرار گرفت. با افزودن اکسید زیرکنیوم، هدایت الکتریکی از مقدار 5-10×3 به scm-16-10×8/7 کاهش و انرژی اکتیواسیون هدایت از مقدار 91/27 به kj/mol 14/35 افزایش یافت.