Σύνθεση, δομικός χαρακτηρισμός και μελέτη σύνθετης αγωγιμότητας της ένωσης LiVO3
Creators: name: Αλεξανδρίδης, Γρηγόριος Εμμανουήλ
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Φασματοσκοπία Εμπέδησης
Ιοντική Αγωγιμότητα
Ενώσεις Λιθίου
Impedance Spectroscopy
Ionic Conductivity
Lithium Compounds

description: Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, παρασκευάστηκε πολυκρυσταλλικό LiVO3 και πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά εκτενής μελέτη των μηχανισμών της αγωγιμότητάς του. Το δείγμα παρασκευάστηκε μέσω αντίδρασης στερεάς κατάστασης στους 600ο C για 8h. Με τη λήψη διαγραμμάτων ακτίνων Χ επαληθεύτηκε η σύνθεση καθαρής φάσης LiVO3 με μονοκλινή δομή και C2/c ομάδα συμμετρίας, χωρίς την παρουσία ξένων προσμίξεων. Με τη χρήση εικόνων SEM, το μέσο μέγεθος των κόκκων του δείγματος προσδιορίστηκε στην περιοχή των 50 μm. Από το δείγμα δημιουργήθηκε δισκίο πάχους 0.85 cm και διαμέτρου 1.00 cm, η σύνθετη αντίσταση του οποίου μετρήθηκε μέσω του αναλυτή εμπέδησης HIOKI 3531 για 90 συχνότητες στο εύρος συχνοτήτων [42 Hz - 1 MHz] και σε 13 επίπεδα θερμοκρασίας (θερμοκρασία δωματίου, 70ο C, 100ο C, 130ο C, 170ο C, 210ο C, 250ο C, 300ο C, 340ο C, 380ο C, 420ο C, 450ο C και 480ο C) τόσο κατά τον κύκλο θέρμανσης, όσο και κατά τον κύκλο ψύξης. Από τις μετρήσεις της εμπέδησης υπολογίστηκε η αγωγιμότητα σ(f), σχεδιάστηκαν τα διαγράμματα σ(f)-f για κάθε θερμοκρασία και αναλύθηκε η εξάρτηση της αγωγιμότητας από τη συχνότητα και από τη θερμοκρασία. Από την προσαρμογή των μετρήσεων κατάλληλο λογισμικό (Equivcrt.pas), επιλέχθηκε το ισοδύναμο κύκλωμα που προσομοιώνει την ηλεκτρική συμπεριφορά του δείγματος, το οποίο αποτελείται από τρία (R||Q) στοιχεία σε σειρά, καθένα από τα οποία σχετίζεται με την αγωγιμότητα είτε στο εσωτερικό των κόκκων ή διαμέσου των διαχωριστικών επιφανειών ή στην περιοχή των ηλεκτροδίων. Τέλος, από τις τιμές των στοιχείων του ισοδύναμου κυκλώματος, σχεδιάστηκαν τα διαγράμματα Arrhenius της αγωγιμότητας στο εσωτερικό των κόκκων και της αγωγιμότητας διαμέσου των διαχωριστικών επιφανειών και βρέθηκαν οι αντίστοιχες ενέργειες ενεργοποίησης. Κατά τον κύκλο θέρμανσης, η ενέργεια ενεργοποίησης της αγωγιμότητας στο εσωτερικό των κόκκων προσδιορίστηκε 0.89 eV, ενώ της αγωγιμότητας διαμέσου των διαχωριστικών επιφανειών προσδιορίστηκε 0.18 eV μέχρι τους 300ο C και 1.58 eV από τους 300ο C ως τους 480ο C. Παρόμοια αποτελέσματα προέκυψαν και κατά τον κύκλο ψύξης με εξαίρεση την ενέργεια ενεργοποίησης της αγωγιμότητας διαμέσου των διαχωριστικών επιφανειών για θερμοκρασίες μεγαλύτερες από 300ο C που προσδιορίστηκε 1.25 eV.
description: In this thesis, polycrystalline LiVO3 was synthesized and a thorough study on its conduction mechanisms was carried out for the first time. The sample was synthesized via a solid-state reaction at 600o C for 8h. XRD diffraction pattern of the compound was indexed to pure monoclinic LiVO3 phase with C2/c space group and no impurity was detected. SEM images of the sample were used to measure the average grain size which was calculated equal to about 50 μm. Impedance data were collected on cylindrical pellets of the sample (1.00 cm in diameter and 0.85 cm thickness), using a HIOKI 3531 impedance analyzer, for 90 frequencies in the range 42 Hz - 1 MHz, at 13 temperature levels (room temperature, 70ο C, 100ο C, 130ο C, 170ο C, 210ο C, 250ο C, 300ο C, 340ο C, 380ο C, 420ο C, 450ο C and 480ο C). Impedance data were collected during both the heating and cooling cycles. Using the measurements’ results, the conductivity σ(f) was calculated, σ(f)-f plots were drawn for each temperature level and the dependence of conductivity on frequency and temperature were analyzed. The measurements’ results were fitted using the Equivcrt.pas program and equivalent circuits were drawn, which model the electrical behavior of the sample at each temperature. The equivalent circuits are comprised of three (R||Q) elements in series, each of which represents a unique conductivity process, either in the bulk of the grains or through the grain boundaries or at the electrodes interface. Finally, the Arrhenius plots of the conductivity mechanisms obtained by the equivalent circuits were drawn and the activation energies of the corresponding processes were calculated. As for the heating cycle, the activation energy of the bulk conductivity was found to be 0.89 eV, while the activation energy of the conductivity through the grain boundaries was calculated equal to 0.18 eV for temperatures up to 300o C, and 1.58 eV for temperatures above 300o C. Similar results were obtained during the cooling cycle except for the the activation energy of the conductivity through the grain boundaries for temperatures above 300o C, which was found to be 1.25 eV.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)