Bài viết nghiên cứu năng lượng di chuyển vacancy trong ZrO2 được bền hóa bởi pha tạp Y2O3 bằng phương pháp thống kê momen. Hướng di chuyển ưu tiên của vacancy và ảnh hưởng của các hàng rào cation đối với sự di chuyển vacancy được đánh giá chi tiết. Năng lượng di chuyển phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ pha tạp. | HNUE JOURNAL OF SCIENCE Natural Sciences 2018, Volume 63, Issue 3, pp. 34-44 This paper is available online at DOI: NGHIÊN CỨU NĂNG LƢỢNG DI CHUYỂN VACANCY TRONG ZrO2 BỀN HÓA BỞI Y2O3 BẰNG PHƢƠNG PHÁP THỐNG KÊ MOMEN Vũ Văn Hùng1 và Lê Thu Lam2 Khoa Công nghệ Giáo dục, Trường Đại học Giáo dục, Trường Đại học Quốc gia Hà Nội 2 Khoa Toán - Lí - Tin, Trường Đại học Tây Bắc, Sơn La 1 Tóm tắt. Bài báo nghiên cứu năng lượng di chuyển vacancy trong ZrO2 được bền hóa bởi pha tạp Y2O3 bằng phương pháp thống kê momen. Hướng di chuyển ưu tiên của vacancy và ảnh hưởng của các hàng rào cation đối với sự di chuyển vacancy được đánh giá chi tiết. Năng lượng di chuyển phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ pha tạp. Các kết quả tính toán được so sánh với các kết quả của các phương pháp nghiên cứu lí thuyết khác. Từ khóa: Năng lượng di chuyển vacancy, ZrO2 bền hóa bởi Y2O3, phương pháp thống kê momen. 1. Mở đầu ZrO2 có thể tồn tại ở các pha lập phương, tứ giác và đơn tà [1-3]. Pha lập phương của ZrO2 với cấu trúc fluorite bền vững ở nhiệt độ cao trên 2643K, và thêm vào các oxit kim loại như Y2O3 có thể làm bền pha lập phương ở nhiệt độ thấp hơn [4]. Pha tạp thêm vào mạng tinh thể cation Y3+ hóa trị ba sẽ sinh ra các vacancy để duy trì sự cân bằng điện tích của cả mạng tinh thể [5-7]. Các vacancy sinh ra có thể dễ dàng khuếch tán trong môi trường giàu oxy của cấu trúc fluorite. Nhờ có hệ số khuếch tán vacacny cao nên ZrO2 bền hóa bởi Y2O3 (hệ YSZ) được sử dụng rộng rãi làm chất điện phân trong “solid oxide fuel cells” (SOFCs) [8]. Để nghiên cứu các đặc điểm khuếch tán vacancy trong hệ YSZ thì cần phải tính toán năng lượng di chuyển vacancy. Bằng các mô phỏng động học phân tử, R. Devanathan et al. [9] đã nghiên cứu sự phụ thuộc của entanpy di chuyển vào nồng độ pha tạp. Kết quả cho thấy entanpy di chuyển tăng từ 0,2 tới 1,0 eV khi nồng độ Y2O3 tăng từ 5 đến 30 mol %. Sử dụng nguyên lí đầu tiên, R. Pornprasertsuk et al. đã chỉ ra .
