نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

پروسکایت‌ها به‌دلیل داشتن عیوب ذاتی اکسیژن از مهم‌ترین غشاهای هادی اکسیژن هستند که در ساخت راکتورهای غشایی اکسیداسیون جزئی متان مد نظر قرار می­گیرند. بررسی اثر دپه کردن فاز پروسکایت برای داشتن عیوب اکسیژن بیش‌تر و افزایش سرعت انتشار اکسیژن از غشا، در کنار حفظ پایداری ساختار همواره از محورهای اصلی پژوهش در این زمینه بوده است. در این پژوهش  بر اساس محاسبه اثر دپانت بر میزان انحراف از ساختار ایده‌آل، کاتیون تانتالم به­‌عنوان دپانت مناسب فاز پروسکایت Ba(Co_0.8Fe_0.2)O_{3−δ} انتخاب شد. بررسی‌ها اثر این دپانت را در افزایش حجم عیوب با وجود بهبود ضریب انبساط حرارتی و بدون کاهش قدرت پیوند نشان می‌دهد. بر اساس نتایج، ترکیب Ba(Co_0.7Fe_0.2Ta_0.1)O_{3−δ} ترکیب مناسبی در ساخت غشاهای راکتورهای اکسیداسیون جزئی متان است.

در این تحقیق غشای شیشه- سرامیک جدید با ساختار نوع ناسیکون و فرمول کلی (Li_1+x+yAl_xCr_yGe_2-x-y(PO₄)₃, x+y=0/5) با روش انجماد سریع شیشه مذاب و تبدیل به شیشه- سرامیک از طریق عملیات حرارتی، سنتز و اثر اضافه نمودن غلظت‌های متفاوتی از عناصر آلومینیوم و کروم به ساختار LiGe₂(PO₄)₃ جهت بهبود هدایت یونی مورد بررسی قرار گرفت. جایگزینی جزئی یون‌های Ge⁴⁺ موجود در ساختار ناسیکون با یون‌های Al³⁺ و Cr³⁺ منجربه القای مقادیر بیشتری از یون‌های لیتیم در حفره‌های خالی A₂ جهت موازنه بار و همچنین تغییر در پارامترهای شبکه کریستال شد. این دو عامل باعث افزایش هدایت یونی شیشه- سرامیک شد. مشخصه‌یابی و بررسی ساختارهای آمورف و کریستاله در این تحقیق با آزمون‌های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، طیف‌سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX)، گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC) و طیف سنجی امپدانس مختلط (CIS) انجام گرفت. بیشترین هدایت یونی برابر با8/82Í10^-3  زیمنس بر سانتی‌متر برای نمونه با x=0/4 و y=0/1، (Li_1.5Al_0.4Cr_0.1Ge_1.5(PO₄)₃) که در دمای 850 درجه سانتی‌گراد برای مدت 8 ساعت کریستاله گردید، حاصل شد. این نمونه همچنین کمترین انرژی اکتیواسیون معادل با 267/0 الکترون ولت را از خود نشان داد.