Дослідження методом імпедансної спектроскопії впливу гетеровалентного заміщення та електрофізичні властивості MG-заміщеної літій-залізної шпінелі

Abstract

Методом імпедансної спектроскопії досліджено електрофізичні властивості керамік нестехіометричних складу - Li 0,5 Fe 2,5-x Mgx O4 ( 0 £ x £ 1). Зміна діелектричних властивостей тангенс втрат та провідності на змінному струмі від складу та температури визначалися для частотного діапазону 10 − 2 − 105Гц. Встановлено, що для всіх синтезованих зразків характерні два механізми електропровідності: активаційний (T=523−723К) та стрибковий (T=293−473К), для яких енергії активації складають 0,79еВ і 0,10 еВ, відповідно. У випадку стрибкового механізму збільшення концентрації іонів Mg2+ веде до поступового зменшення енергії активації провідності, що пов’язане із збільшенням кількості катіонних вакансій, викликаних відхиленням від стехіометрії. Стрибок електронів в цьому випадку від катіона до катіона здійснюватиметься опосередковано через проміжні позиції на вакансіях. Для незаміщених та слабозаміщених (х=0,1) зразків виявлено аномальну поведінку температурних залежностей дійсної частини діелектричної провідності, що є характерним для речовин у сегнетоелектричному стані.

Методом импедансной спектроскопии исследованы электрофизические свойства керамики нестехиометрических состав - Li0,5 Fe2,5-x Mgx O4 ( 0 £ x £ 1). Изменение диэлектрических свойств, тангенс потерь и проводимости на переменном токе от состава и температуры определялись для частотного диапазона 10−2 − 105Гц. Установлено, что для всех синтезированных образцов характерны два механизма электропроводности: активационный (T=523−723К) и прыжковый (T=293−473К), для которых энергии активации составляют 0,79эВ и 0,10эВ, соответственно. В случае прыжкового механизма увеличение концентрации ионов Mg2+ ведет к уменьшению энергии активации проводимости, что связано с увеличением количества катионных вакансий, вызванных отклонением от стехиометрии. Перескок электронов в этом случае от катиона к катиону осуществляться косвенно через промежуточные позиции на вакансиях. Для незамещенных и слабо замещенных (х=0,1) образцов обнаружено аномальное поведение температурных зависимостей действительной части диэлектрической проводимости, что характерно для веществ в сегнетоэлектрическом состоянии.

By the method of impedance spectroscopy investigated electrophysical properties of ceramics of unstoichiometrical composition Li0,5 Fe2,5-x Mgx O4 ( 0 £ x £ 1). A change of dielectric properties and conductivity on an alternating current from composition and temperature determined for a frequency range 10−2 − 105Hz. Determined that for all synthesized samples are characteristic two mechanisms of conductivity: activation (T=523−723К) and intermitting (T=293−473К) for that energies of activating form 0,79еВ and 0,10еВ, accordingly. In case of intermittent mechanism the increase of concentration of ions Mg2+ conduces to gradual decrease of energy activation conductivity, that is related with increase of amount of the cations of vacancies caused by deviation from stoichiometry. Hopping of electrons in this case from cation to cation will be mediated through intermediate positions on vacancies. For unsubstituted and poorly substituted (х=0,1) samples was found aberrant behavior of temperature dependences of actual part of dielectric conductivity that is characteristic for substances in the ferroelectric state.