FABRICATION AND ELECTRICAL PROPERTIES OF Li₃Sc_2−xB_x(PO₄)₃ SUPERIONIC MATERIALS ^∗
T. Šalkus^a, E. Kazakevičius^a, V. Kunigėlis^a, L. Jucius^a, A. Dindune^b, Z. Kanepe^b, J. Ronis^b, A. Kežionis^a, B. Bleiber^c, H.-J. Lang^d, and A.F. Orliukas^a
aFaculty of Physics, Vilnius University, Saulėtekio 9, LT-10220 Vilnius, Lithuania
E-mail: antanas.orliukas@ff.vu.lt
^bInstitute of Inorganic Chemictry, Riga Technical University, Miera 34, LV-2169 Salaspils, Latvia
^cInstitute of Physical Metallurgy, Freiberg University of Mining and Technology, Gustav-Zeuner-Str. 5, D-09599 Freiberg,
Germany
^dInstitute of Ceramic Materials, Freiberg University of Mining and Technology, Gustav-Zeuner-Str. 3, D-09596 Freiberg,
Germany

Received 17 June 2005

The Li₃Sc_2−xB_x(PO₄)₃ compounds, with x = 0–2, were synthesized by a solid state reaction and studied by X-rays. The ceramic samples were sintered and studied by digital scanning microscope. The electrical properties of the ceramic (x = 0, 0.5, 1) and glass (x = 2) samples were investigated in a frequency range 10⁶–1.2·10⁹ Hz and in a temperature range 300–600 K. Two regions of relaxational dispersion were found in conductivity spectra of the ceramics. They are related to the fast Li⁺ ion transport in the bulk and in the grain boundaries of the ceramics. Isomorphic substitution Sc→B leads to a change of temperature of the phase transition to γ-phase (T_γ). The increase of stoichiometric factor x caused the increases of intragrain (σ_g) and total (σ_tot) conductivities, and also the decrease of their activation energies in the temperature range below T_γ.

Li₃Sc_2−xB_x(PO₄)₃ SUPERJONIKŲ GAMYBA IR JŲ ELEKTRINĖS SAVYBĖS
T. Šalkus^a, E. Kazakevičius^a, V. Kunigėlis^a, L. Jucius^a, A. Dindune^b, Z. Kanepe^b, J. Ronis^b, A. Kežionis^a, B. Bleiber^c, H.-J. Lang^d, A.F. Orliukas^a
aVilniaus universitetas, Vilnius, Lietuva
^bRygos technikos universiteto Neorganinės chemijos institutas, Salaspilis, Latvija
^cFreibergo kasybos ir techologijos universiteto Metalurgijos institutas, Freibergas, Vokietija
^dFreibergo kasybos ir techologijos universiteto Keraminių medžiagų institutas, Freibergas, Vokietija

Pateiktos technologinės superjoninių Li₃Sc_2−xB_x(PO₄)₃ (čia x = 0 – 2) medžiagų sintezės sąlygos, jų rentgenostruktūrinių ir elementinės sudėties tyrimų rezultatai. Pagaminus Li₃Sc₂(PO₄)₃, Li₃Sc_1,5B_0,5(PO₄)₃ ir  Li₃ScB(PO₄)₃ junginių keramikas bei Li₃B₂(PO₄)₃ stiklą, jų paviršiaus mikrosandara buvo tirta skenuojančiu elekroniniu mikroskopu. Elektrinės junginių savybės buvo tirtos 10⁶ – 1,2·10⁹ Hz elektrinio lauko bei 300 – 600 K temperatūros intervaluose. Li₃Sc₂(PO₄)₃ keramikose 450 – 480 K ir 500 – 535 K temperatūros intervaluose vyksta atitinkamai α ↔ β ir β ↔ γ faziniai virsmai, kurių metu reiškiasi laidumo ir dielektrinės skvarbos anomalijos. Nustatyta, kad stechiometrijos faktoriaus  x didėjimas žemina fazinio virsmo į junginių superjoninę γ fazę temperatūrą T_γ. Tirtose keramikose aptiktos dvi relaksacinio tipo dispersijos, susijusios su Li⁺ jonų pernaša kristalituose ir tarpkristalitinėse terpėse. Be to, didėjant x, esant žemesnei už T_γ temperatūrai, didėja keramikų kristalitinis (σ_g) ir bendrasis (σ_tot) laidumai, o jų aktyvacijos energijos mažėja. Parodyta, kad šiose medžiagose judriųjų Li⁺ jonų tankis kristalituose nepriklauso nuo temperatūros, o kristalitinio laidumo temperatūrinį kitimą lemia jonų judrio temperatūrinė kaita. Pateiktos tirtųjų keramikų ir Li₃B₂(PO₄)₃ stiklo santykinės dielektrinės skvarbos ε′, išmatuotos 1 GHz dažnio elektriniame lauke, temperatūrinės priklausomybės. Tų keramikų kristalitų dielektrinės skvarbos vertes lemia tiek migracinės, tampriosios joninės, elektroninės poliarizacijų indėliai, tiek ir stechiomerijos faktoriaus x didumas.