ELECTRICAL PROPERTIES OF MONAZITE-TYPE SUPERIONIC CERAMICS IN THE 10⁶–1.2·10⁹ Hz FREQUENCY RANGE*
E. Kazakevičius^a, T. Šalkus^a, A. Kežionis^a, A. Dindune^b, Z. Kanepe^b, J. Ronis^b, and A.F. Orliukas^a
aFaculty of Physics, Vilnius University, Saulėtekio 9, LT-10222 Vilnius, Lithuania
E-mail: tomas.salkus@ff.vu.lt
^bInstitute of Inorganic Chemistry at the Riga Technical University, Miera 34, LV-2169 Salaspils, Latvia

Received 11 June 2007

The high temperature solid electrolyte Li₃Sc_0.3Ce_1.7(PO₄)₃ compound was synthesized by a solid state reaction and studied by X-ray diffraction and IR spectroscopy. At room temperature the investigated compound has monazite-type structure and belong to monoclinic symmetry (space group P2_1/n) with four formula units in the lattice. The ceramic samples were sintered at 1273 K varrying the sintering duration. Complex impedance spectroscopy was performed in the frequency range from 10⁶ to 1.2·10⁹ Hz at temperatures ranging from 300 to 600 K. A relaxation dispersion related to the fast Li⁺ ion transport was found. The results of the electrical measurements were compared to the ones of Li₃Ce₂(PO₄)₃ compound and it was shown that the partial isomorphous substitution of Ce³⁺ by Sc³⁺ leads to significantly higer ionic conductivity.

Keywords: ionic conductivity, permittivity, relaxation dispersion, synthesis, ceramic, sintering

MONAZITO GRUPĖS SUPERJONINIŲ KERAMIKŲ ELEKTRINĖS SAVYBĖS 10⁶–1,2·10⁹ Hz DAŽNIŲ RUOŽE
E. Kazakevičius^a, T. Šalkus^a, A. Kežionis^a, A. Dindune^b, Z. Kanepe^b, J. Ronis^b, A.F. Orliukas^a
aVilniaus universiteto Fizikos fakultetas, Vilnius, Lietuva
^bRygos technikos universiteto Neorganinės chemijos institutas, Salaspilis, Latvija

Li₃Sc_0,3Ce_1,7(PO₄)₃ junginys buvo susintetintas kietųjų fazių reakcijų metodu. Jo kristalinė sandara ištirta esant kambario temperatūrai Rentgeno spindulių difrakcijos nuo miltelių metodu. Nustatyta, kad tirtasis junginys priklauso monoklininei singonijai (erdvinė simetrijos grupė P2_1/n), o jo elementariojoje kristalinėje gardelėje yra 4 formuliniai vienetai. IR spektroskopijos metodu parodyta, kad fosforas šioje medžiagoje egzistuoja tik PO₄^3– grupėje. Buvo pagamintos tų kietųjų elektrolitų keramikos. Keramikų elektrinės savybės buvo tirtos impedanso spektroskopijos metodu, matuojant jų pilnutinę varžą, kompleksinį laidį ir kompleksinę dielektrinę skvarbą 10⁶–1,2·10⁹ Hz dažnio elektriniame lauke 300–600 K temperatūros intervale. Tirtose keramikose stebima relaksacinio tipo elektrinių parametrų dispersija, susijusi su Li⁺ jonų pernaša. Išmatuotas jonų laidis tirtose keramikose yra maždaug 1,5 eilės didesnis, palyginus su Li₃Ce₂(PO₄)₃, o nedidelis laidžio padidėjimas padidinus keramikos kepinimo trukmę yra siejamas su kristalitų augimu kepinimo temperatūroje. Kai T = 600 K, keramikos, kurios kepinimo trukmė buvo 5 h, laidis σ = 1,1·10^–2 S/m. Didėjant temperatūrai, keramikų ε' ir tanδ didėja. Keramikų ε' dydį lemia ličio jonų migracinė, joninė tamprioji bei elektroninė poliarizacijos. Matuotų kietųjų elektrolitų dielektriniai nuostoliai yra dėl jų joninio laidumo kaitos.