Nghiên cứu các tính chất cấu trúc và nhiệt động của tinh thể Ceria pha tạp Gadolinia bằng phương pháp thống kê momen

Nghiên cứu xác định được sự phụ thuộc của khoảng cách lân cận gần nhất, hệ số giãn nở nhiệt và các nhiệt dung vào nhiệt độ và nồng độ tạp chất. Các kết quả tính toán được so sánh với các kết quả thực nghiệm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu các tính chất cấu trúc và nhiệt động của tinh thể Ceria pha tạp Gadolinia bằng phương pháp thống kê momen NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CẤU TRÚC VÀ NHIỆT ĐỘNG CỦA TINH THỂ CERIA PHA TẠP GADOLINIA BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ MOMEN Lê Thị Thanh Hương Khoa Toán và KHTN Email: huongltt69@dhhp.edu.vn Ngày nhận bài: 05/3/2024 Ngày PB đánh giá: 13/5/2024 Ngày duyệt đăng: 31/5/2024Tóm tắt: Các tính chất cấu trúc và nhiệt động của tinh thể Ceria pha tạp Gadolinia (GDC)được nghiên cứu bằng phương pháp thống kê momen trong vật lý thống kê lượng tử. Cácbiểu thức giải tích tường minh xác định hằng số mạng, hệ số giãn nở nhiệt và các nhiệt dungđẳng tích và đẳng áp có tính đến các hiệu ứng phi điều hòa cùa dao động mạng tinh thể đượcthiết lập. Nghiên cứu xác định được sự phụ thuộc của khoảng cách lân cận gần nhất, hệ sốgiãn nở nhiệt và các nhiệt dung vào nhiệt độ và nồng độ tạp chất. Các kết quả tính toán đượcso sánh với các kết quả thực nghiệm.Từ khóa: khoảng lân cận gần nhất, hệ số giãn nở nhiệt, nhiệt dung, Ceria pha tạp Gadolinia,phương pháp thống kê momen. STUDY OF STRUCTURAL AND THERMODYNAMICAL PROPERTIES OF GADOLINIA DOPED CERIA USING THE METHOD OF MOMENTSAbstract: The structural and thermodynamic properties of Gadolinia-doped Ceria (GDC) arestudied using the method of moments in quantum statistical physics. Explicit analyticalexpressions determining the lattice constant, thermal expansion coefficient and the isochoricand isobaric heat capacities consider the anharmonic effects of the established latticevibrations. The study determines the dependence of the nearest neighbor distance, thermalexpansion coefficient and heat capacities on temperature and impurity concentration. Thecalculated results are compared with the experimental results.Keyword: the nearest neighbor distance, thermal expansion coefficient, heat capacity,Gadolinia-doped Ceria, the method of moments. 1. GIỚI THIỆU cấu trúc mạng fluorit lập phương gồm các cation Ce4+ và Gd3+ nằm trên mạng lập Ceria (CeO2) là một loại vật liệu hấp phương tâm diện (fcc) và các anion O2- chiếmdẫn với các ứng dụng phổ biến trong các chất các vị trí của mạng lập phương con. Thay thếxúc tác, vật liệu điện phân, sen xơ khí, và các các ion Ce4+ bởi các ion Gd3+ tại các nútbộ nhớ truy cập ngẫu nhiên từ điện trở [1-4]. mạng trên mạng fcc sẽ tạo ra các nút khuyếtTinh thể Ceria pha tạp Gadolinia (GDC) có oxy với nồng độ cao để duy trì sự cân bằng TẠP CHÍ KHOA HỌC SỐ 66 Tháng 9/2024 15điện tích của mạng tinh thể. Sự tạo thành các nghiệm [6-9]. Trong nghiên cứu này, tôinút khuyết oxy được xác định bởi phương sử dụng phương pháp thống kê momentrình (1) với kí hiệu Kröger -Vink [5] (PPTKMM) để tính toán các đại lượng liên x •• quan đến các tính chất cấu trúc và nhiệt Gd 2O3 → 2GdCe + 3OO + VO . (1) động của tinh thể GDC, đó là hằng số Nhiều nghiên cứu thực nghiệm đã được mạng, hệ số giãn nở nhiệt và các nhiệttiến hành để tìm hiểu về các tính chất cấu trúc dung đẳng tích và đẳng áp. So sánh với cácvà nhiệt động của tinh thể GDC. Sử dụng các phương pháp lý thuyết khác, PPTKMM sửphép đo nhiễu xạ tia X, M.G. Chourashiya và dụng các biểu thức toán học không phứccác cộng sự [6] đã tìm được hằng số mạng của tạp có thể tính toán được một cách toàncác mẫu GDC10, GDC20 and GDC30 ở các diện các tính chất vật lý của các vật liệunhiệt độ nung từ 1473 K đến 1773 K. Kết quả [10]. Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nàocho thấy hằng số mạng tăng lên cùng với nồng sử dụng PPTKMM để nghiên cứu về cácđộ Gd2O3. Điều này xác nhận sự hòa tan của tính các tính chất cấu trúc và nhiệt độngtạp chất Gd2O3 vào mạng tinh thể fluorit của của tinh thể GDC. Các kết quả tính toán cóCeO2. Độ rộng tối đa tại nửa cực đại (FWHM) được trong nghiên cứu này chỉ ra sự phụđã được xác định ở các nồng độ tạp chất khác thuộc của hằng số mạng, hệ số giãn nởnhau (GDC 10, GCD 30, GDC 50, GDC 70) nhiệt và các nhiệt dung đẳng tích và đẳngvà nhiệt độ khác nhau (673 K - 873 K) sử dụng áp vào nhiệt độ và nồng độ tạp chất.các phép đo bức xạ synchrotron Elettra [7]. N. 2. LÝ THUYẾTStelzer và các cộng sự [8] đã đo được nhiệt Số lượng các nút khuyết oxy tạo ra bởidung đẳng áp của GDC trong khoảng nhiệt độ pha tạp bằng một nửa số lượng các ion tạptừ 300 K - 1200 K với hai điều kiện là làm mát chất nên công thức tổng quát của tinh thểvà nung nhiệt. Nhiệt dung đẳng áp tăng cùng GDC tính đến sự có mặt của các nút khuyếtvới nhiệt độ và có sự khác biệt nhỏ về giá trị oxy là Ce1-xSmxO2-x/2, với x là nồng độ củagiữa hai điều kiện làm mát và nung nhiệt. T. các ion Gd3+.Hisashige cù ...