A comparative analysis of ionic conductivity of three solid phases in the system CaF2–HoF3

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

A comparative analysis of ion transfer mechanisms for crystals of three phases with the structures of fluorite (F-phase, CaF2 and solid solution Ca1-xHoxF2+x), tysonite (T-phase, solid solution Ho1-yCayF3−y) and orthorhombic modification b-YF3 (R-phase, HoF3) in the condensed system CaF2 – HoF3 was carried out. Based on the fundamental data on ionic conductivity σdc(T), obtained using single-crystal samples in experiments, the dependences “ionic conductivity – composition” and “enthalpy of activation ion transfer – composition” are constructed. A comparison of the properties of the components of the system under study shows that the conductivity of the R-phase of HoF3 (σ500 K = 5 × 10-6 S/cm at 500 K) exceeds the conductivity of the F-phase of the stoichiometric composition CaF2 by 5 orders of magnitude. In the region of the F-phase of non-stoichiometric composition Ca1-xHoxF2+x (0 < x × 0.35) the interstitial mechanism of electrical conductivity is realized. With increasing concentration of HoF3 the values σ500 K increase, reaching 4 × 10-5 S/cm at x = 0.35. The conductivity of the non-stoichiometric T-phase Ho1-yCayF3−y (y = 1−x, x = 0.77) σ500 K = 2 × 10-4 S/cm exceeds the electrical conductivity of the crystals of the F-phase Ca0.65Ho0.35F2.35 and R-phase HoF3 by 5 and 40 times, respectively. The reasons for the rapid anionic transfer in the non-stoichiometric T-phase are the vacancy mechanism of electrical conductivity and the wide heterovalent isomorphism of cations.

全文:

受限制的访问

作者简介

N. Sorokin

Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics, National Research Centre “Kurchatov Institute”

编辑信件的主要联系方式.
Email: nsorokin1@yandex.ru

Shubnikov Institute of Crystallography

俄罗斯联邦, Moscow, 119333

参考

  1. Гулина Л.Б., Толстой В.П., Мурин И.В. // Журн. неорган. химии. 2024. Т. 69. № 3. С. 272. https://doi.org/10.31857/S0044457X24030027
  2. Сорокин Н.И., Ивановская Н.А., Бучинская И.И. // Неорган. материалы. 2024. Т. 60. № 1. С. 79. https://doi.org/10.31857/S0002337X24010108
  3. Сорокин Н.И., Архарова Н.А., Каримов Д.Н. // Кристаллография. 2024. Т. 69. № 4. С. 676. https://doi.org/10.31857/S0023476124040145
  4. Takami T., Pattanathummasid C., Kutana N., Asahi R. // J. Phys.: Condens. Matter. 2023. V. 35. P. 293002. https://doi.org/10.1088/1361-648/accb32
  5. Бучинская И.И., Сорокин Н.И. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 7. С. 877. https://doi.org/10.31857/S0044457X23600044
  6. Александров А.А., Брагина А.Г., Сорокин Н.И. и др. // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 3. С. 303. https://doi.org/10.31857/S0002337X23030016
  7. Sobolev B.P., Sorokin N.I., Bolotina N.B. // Photonic & Electronic Properties of Fluoride Materials / Eds. Tressaud A., Poeppelmeier K., Amsterdam: Elsevier, 2016. P. 465.
  8. Reddy M.A., Fichtner M. // ibid., P. 449.
  9. Sobolev B.P. The Rare Earth Trifluorides. Barcelona: Moscow Institute of Crystallography and Institut d'Estudis Catalans, 2000-2001. 980 p.
  10. Zhang M., Cao X., Hao Y. et al. // Energy Reviews. 2024. V. 2. P. 100083. https://doi.org/10.1016/j.enrev.2024.100083
  11. Kawahara K., Ishikawa R., Sasano S. et al. // J. Electrochem. Soc. 2024. V. 171. № 11. P. 110508. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ad8d10
  12. Yamada T., Kanda K., Yanagida Y. et al. // Electroanalysis. 2022. V. 35. № 4. P. 1. https://doi.org/10.1002/elan.202200103
  13. Xiao A.W., Galatolo G., Pasta M. // Joule. 2021. V. 5. P. 2823. https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.09.016
  14. Karkera G., Anji Reddy M., Fichtner M. // J. Power Sources. 2021. V. 481. P. 228877. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228877
  15. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2007. Т. 52. № 5. С. 870.
  16. Fergus J.W. // Sens. Actuators. 1997. V. 42. P.119.
  17. Frant M.S., Ross J.W. // Science. 1966. V. 154. P. 1553.
  18. Соболев Б.П., Сорокин Н.И. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 6. С. 891. https://doi.org/10.7868/S0023476114060277
  19. Reau J.-M., Hagenmuller P. // Rev. Inorg. Chem. 1999. V. 19. № 1−2. P. 45.
  20. Болотина Н.Б., Черная Т.С., Верин И.А. и др. // Кристаллография. 2015. Т. 60. № 1. С. 35. https://doi.org/10.7868/S0023476115010063
  21. Болотина Н.Б., Калюканов А.И., Черная Т.С. и др. // Кристаллография. 2013. Т. 58. № 4. С. 574. https://doi.org/10.7868/S0023476113040073
  22. Курнаков Н.С. Введение в химико-физический анализ. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1940. 420 с.
  23. Sobolev B.P., Fedorov P.P., Seiranian K.B., Tkachenko N.L. // J. Solid State Chem. 1976. V. 17. № 2. P. 201.
  24. O’Keeffe M. // Science. 1973. V. 180. P. 1276.
  25. Сорокин Н.И., Соболев Б.П., Брайтер М. // Электрохимия. 2002. Т. 38. № 5. С. 585.
  26. Сорокин Н.И., Сульянова Е.А., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2016. Т. 61. № 3. С. 452. https://doi.org/10.7868/S0023476116030279
  27. Sobolev B.P., Fedorov P.P. // J. Less-Common Met. 1978. V. 60. № 1. P. 33.
  28. Федоров П.П., Маякова М.Н., Кузнецов С.В., Воронов В.В. // Журн. неорган. химии. 2017. Т. 62. № 9. С. 1179. https://doi.org/10.7868/S0044457X17090069
  29. Соболев Б.П. // Кристаллография. 2012. Т. 57. № 3. С. 490.
  30. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // Физика тверд. тела. 2008. Т. 50. № 3. С. 402.
  31. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // Электрохимия. 2007. Т. 43. № 4. С. 420.
  32. Сорокин Н.И., Соболев Б.П., Брайтер М. // Физика тверд. тела. 2002. Т. 44. № 2. С. 272.
  33. Sorokin N.I., Breiter M.W. // Solid State Ionics. 1999. V. 116. P. 157.
  34. Сорокин Н.И., Фоминых М.В., Кривандина Е.А. и др. // Физика тверд. тела. 1999. Т. 41. № 4. С. 638.
  35. Ivanov-Shits A.K., Sorokin N.I., Fedorov P.P., Sobolev B.P. // Solid State Ionics. 1990. V. 37. № 1-2. P. 125.
  36. Сорокин Н.И., Бучинская И.И., Соболев Б.П. // Кристаллография. 1995. Т. 40. № 6. С. 1039.
  37. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2012. Т. 57. № 4. С. 624.
  38. Motohashi K., Nakamura T., Kimura Y. et al. // Solid State Ionics. 2019. V. 338. P. 113. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2019.05.023
  39. Chable J., Martin A.G., Bourdin A. et al. // J. Alloys Compd. 2017. V. 692. P. 980. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.09.135
  40. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2016. Т. 61. № 2. С. 468. https://doi.org/10.7868/S0023476116020296
  41. Greis O., Cader M.S.R. // Thermochim. Acta. 1985. V. 87. P. 145.
  42. Сорокин Н.И., Каримов Д.Н., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2019. Т. 64. № 4. С. 596. https://doi.org/10.1134/S0023476119040222
  43. Сорокин Н.И., Голубев А.М., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 2. С. 275. https://doi.org/10.7868/S0023476114010159
  44. Wapenaar K.E.D., van Koesveld J.L., Schoonman J. // Solid State Ionics. 1981. V. 2. P. 145.
  45. den Hartog H.W., Langevoort J.C. // Phys. Rev. B. 1981. V. 24. P. 3547.
  46. Sulyanova E.A., Sobolev B.P. // CrystEngComm. 2022. V. 24. P. 3762. https://doi.org/10.1039/D2CE00280A
  47. Fedorov P.P. // Bull. Soc. Cat. Cien. 1991. V. 12. № 2. P. 349.
  48. Reau J.M., Hagenmuller P. // Appl. Phys. A. 1989. V. 49. P. 3.
  49. Мурадян Л.А., Максимов Б.А., Симонов В.И. // Коорд. химия. 1986. Т. 12. № 10. С. 1398.
  50. Bendall P.J., Catlow C.R.A., Corish J., Jacobs P.W.M. // J. Solid State Chem. 1984. V. 51. P. 159.
  51. Bevan D.J., Greis O., Strahle J. // Acta Crystallogr., Sect. A. 1980. V. 36. P. 889.
  52. Cheetham A.K., Fender B.E.F., Cooper M.J. // J. Phys. C. 1971. V. 4. P. 3107.
  53. Сорокин Н.И. // Кристаллография. 1990. Т. 35. № 3. С. 793.
  54. Сорокин Н.И. // Кристаллография. 1991. Т. 36. № 6. С. 1468.
  55. Голубев А.М., Симонов В.И. // Кристаллография. 1986. Т. 31. № 3. С. 478.
  56. Сульянова Е.А., Каримов Д.Н., Сульянов С.Н., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 1. С. 19. https://doi.org/10.7868/S0023476114010172
  57. Сульянова Е.А., Верин И.А., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2012. Т. 57. № 1. С. 79.
  58. Shannon R.D. // Acta Crystallogr., Sect. A. 1976. V. 32. № 5. P. 751.
  59. Григорьева Н.Б., Отрощенко Л.П., Максимов Б.А. и др. // Кристаллография. 1996. Т. 41. № 4. С. 644.
  60. Александров В.Б., Гарашина Л.С. // Докл. АН СССР. 1969. Т. 189. № 2. С. 307.
  61. Журова Е.А., Максимов Б.А., Симонов В.И., Соболев Б.П. // Кристаллография. 1996. Т. 41. № 3. С. 438.
  62. Григорьева Н.Б., Максимов Б.А., Отрощенко Л.П. и др. // Кристаллография. 1998. Т. 43. № 4. С. 601.
  63. Григорьева Н.Б., Максимов Б.А., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2000. Т. 45. № 5. С. 788.
  64. Григорьева Н.Б., Максимов Б.А., Отрощенко Л.П. и др. // Кристаллография. 1998. Т. 43. № 3. С. 414.
  65. Григорьева Н.Б., Отрощенко Л.П., Максимов Б.А. и др. // Кристаллография. 1996. Т. 41. № 1. С. 60.
  66. Губаль Н.А., Сульянова Е.А., Каримов Д.Н. и др. // Тез. докл. РСНЭ-НБИК. 2011. 14–18 ноября. 2011. Москва. С. 295.
  67. Hoffmann M., Hull S., McIntyre G.J. et al. // J. Phys.: Condens. Matter. 1997. V. 9. № 4. P. 845.
  68. Отрощенко Л.П., Александров В.Б., Быданов Н.Н. и др. // Кристаллография. 1988. Т. 33. № 3. С. 764.
  69. Laval J.P., Mikou A., Frit B., Roult G. // Solid State Ionics. 1988. V. 28–30. P. 1300.
  70. Catlow C.R.A., Chadwick A.V., Corish J. // Radiat. Eff. 1983. V. 75. P. 61.
  71. Catlow C.R.A., Chadwick A.V., Greaves G.N., Moroney C.M. // Nature. 1984. V. 312. P. 601.
  72. Laval J.P., Abaouz A., Frit B., Le Bail A. // J. Solid State Chem. 1990. V. 85. P. 133.
  73. Дудка А.П., Соболев Б.П., Симонов В.И. // Кристаллография. 2013. Т. 58. № 6. С. 822. https://doi.org/10.7868/S0023476113060088
  74. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // Физика тверд. тела. 2019. Т. 61. № 1. С. 53. https://doi.org/10.21883/FTT.2019.01.46893.181
  75. Соболев Б.П., Сорокин Н.И., Кривандина Е.А., Жмурова З.И. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 4. С. 609. https://doi.org/10.7868/S0023476114040195
  76. Дудка А.П., Лошманов А.А., Соболев Б.П. // Кристаллография. 1998. Т. 43. № 4. С. 605.
  77. Отрощенко Л.П., Александров Б.П., Максимов Б.А. и др. // Кристаллография. 1985. Т. 30. № 4. С. 658.
  78. Болотина Н.Б., Черная Т.С., Калюканов А.И. и др. // Кристаллография. 2015. Т. 60. № 3. С. 391. https://doi.org/10.7868/S0023476115030054
  79. Sinitsyn V.V., Lips O., Glumov O. et al. // J. Phys. Chem. Solids. 2003. V. 64. P. 1201. https://doi.org/10.1016/S0022-3697(03)00050-7
  80. Привалов А.Ф., Мурин И.В. // Физика тверд. тела. 1999. Т. 41. № 9. С. 1616.
  81. Изосимова М.Г., Лившиц А.И., Бузник В.М. и др. // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1987. Т. 23. С. 2056.
  82. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // Физика тверд. тела. 2019. Т. 61. № 11. С. 2064. https://doi.org/10.21883/FTT.2019.11.48409.368
  83. Иванов-Шиц А.К., Мурин И.В. Ионика твердого тела / Т. 2. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2010.
  84. Гарашина Л.С., Соболев Б.П., Александров В.Б. и др. // Кристаллография. 1980. Т. 25. № 2. С. 294.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Phase T–x diagram of the CaF2–HoF3 system [27]: F is the Ca1-xHoxF2+x phase (including CaF2), T is the Ho1-yCayF3-y phase, M1 and M2 are the melting maxima of solid solutions, E1 and E2 are eutectics.

下载 (81KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Concentration dependences of lgσ500 K–x (a) and ΔHσ−x (b) for the CaF2–HoF3 system: F – phase Ca1-xHoxF2+x (including CaF2), T – phase Ho1-yCayF3-y (y = 1−x), R – phase HoF3.

下载 (120KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025