Studies on Chemical Properties and Thermal Analysis of (Sr,M)FeO_3-y System (M=Ca)

(Sr,M)FeO_3-y계(M=Ca)의 화학적 성질과 열분석에 대한 연구

The solid solutions of the $Sr_{1-X}M_XFeO_{3-y}$ (x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, M=Ca) system having perovskite structures were prepared in air by heat treatment at 1473 K for 18hr. X-ray diffraction assigns cubic system for all the samples and shows that the lattice volume of each system decreases with increasing x value until x=0.3, but increases abruptly from x=0.4. The mole fractions of $Fe^{4+}$ ion($\tau$ value), the amounts of oxygen vacancy (y value) and finally nonstoichiometric chemical formulas for each composition were determined from Mohr salt analysis. TG/DTA thermal analysis (temperature range: 300~1173K) exhibits that 3-y values of the samples having x=0.1 and 0.2, decrease with temperature and increase almost reversibly with decreasing temperature. The samples of $x{\geq}0.3$, however, didn't show the reversible weight change and the 3-y values of them were nearly 2.5 in cooling process. Conductivities of each sample were varied within the semiconductivity range at relatively low temperature. And the conductivity at constant temperature decreases steadily with x value. The conduction mechanism of this ferrite system may be proposed as a hopping model of conducting electrons between the mixed valence states. At high temperature semiconductivity of each sample changed into metallic property.

$Sr_{1-X}M_XFeO_{3-y}$ 계에서 (M=Ca), x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5에 대응하는 페로브스카이드계 고용체를 공기중, 1473K에 18시간 동안 열처리하여 합성하였다. X-선회절분석 결과 모든 고용체는 단순 입방정계를 나타내며, x=0.3까지는 x값의 증가에 따라 단위세포의 부피가 감소하고, x=0.4 이후에는 급격히 증가한다. 모어염 분석에 의하여 각각의 조성에 대한 $Fe^{4-}$ 이온의 몰비($\tau$값), 산소공위의 양(y값) 및 비화학양론적 화학식을 결정하였다. TG/DTA 실험(온도범위:300~1173K) 결과 x=0.1, 0.2인 시료는 3-y값이 감소하며, 냉각시 3-y값이 거의 가역적인 증가 경향을 보였다. $x{\geq}0.3$인 시료는 가역적인 무게의 변화를 보이지 않았으며, 냉각과정에서 3-y값은 거의 2.5를 유지하였다. 상대적으로 낮은 온도범위에서 모든 시료의 전기전도도 값은 반도성 범위에서 변화하였다. 그리고 일정한 온도에서의 전도도는 x값의 증가에 따라 감소하였다. 본 훼라이트 계의 전도도 메카니즘은 혼합원자가 상태 사이의 전도성 전자의 건너뜀 모형으로 제안할 수 있을 것이다. 고온에서 각 시료의 전도성은 금속성으로 변화하였다.