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J. Phys. Colloques
Volume 47, Numéro C1, Février 1986
Thirteenth International Conference on Science of Ceramics
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| Page(s) | C1-849 - C1-853 | |
| DOI | https://doi.org/10.1051/jphyscol:19861130 | |
J. Phys. Colloques 47 (1986) C1-849-C1-853
DOI: 10.1051/jphyscol:19861130
PROTON-DOMINATED DEFECT STRUCTURES OF OXIDES AND EFFECTS ON DEFECT-DEPENDENT PROPERTIES
A. NORBY et P. KOFSTADDepartment of Chemistry, University of Oslo, P.O. Box 1033 Blindern, N-0315 Oslo 3, Norway
Résumé
L'hydrogène peut être dissous dans les oxydes solides et former des défauts ponctuels. On le trouve principalement à l'état de protons liés aux ions oxygène et peut ainsi être qualifié de proton interstitiel : H1 ou de façon équivalente d'ion hydroxyde substitué : OH0. Dans les oxydes stoechiométriques, les protons peuvent constituer le défaut dominant, même à très faible activité d'hydrogène (sous pression de vapeur d'eau) et haute température. Ils sont compensés électriquement par des électrons ou des défauts ponctuels chargés négativement. Des cas limites pour les conditions d'électroneutralité, impliquant des protons comme défauts majoritaires, sont examinés en tenant compte de la pression de vapeur d'eau. Quand les protons dominent l'équilibre des défauts, les propriétés liées aux défauts (i.d. conductivité, protection anti-corrosion, frittage, fluage) deviennent dépendant de la pression de vapeur d'eau. Ces effets ainsi que leur ordre de grandeur sont démontrés dans quelques exemples. Une méthode pour déterminer la conductivité protonique est décrite brièvement.
Abstract
Hydrogen may dissolve in solid oxides and form point defects. It is mainly present as protons bonded to oxygen ions, and may as such be termed interstitial protons, H1, or, equivalently, substitutional hydroxide ions, OH0. In stoichiometric oxides protons may be the dominating positive defects even at very low hydrogen activities (water vapor pressures) and high temperatures. They will be counterbalanced by electrons or point defects with negative effective charges. Limiting cases of electroneutrality conditions involving protons as majority defects are examined, with special attention to water vapor dependences. When protons dominate the defect situation, the defect-related properties (e.g. conductivity, corrosion protectivity, sintering, creep) become dependent on the water vapor pressure. The effects and their magnitude are demonstrated by a few examples. A method for determining proton conductivity is briefly mentioned.