Синтез и термодинамические свойства германата Ca₃Sc₂Ge₃O₁₂

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Германат кальция-скандия Ca₃Sc₂Ge₃O₁₂ синтезирован методом твердофазных реакций обжигом на воздухе стехиометрической смеси исходных оксидов CaO, Sc₂O₃ и GeO₂ при температурах 1273–1623 K. С использованием данных рентгенофазового анализа однофазных образцов уточнен параметр элементарной ячейки (a = 12.508(48) Å, V = 1956.92(2) ų, пр. гр. Ia-3d) кристаллов Ca₃Sc₂Ge₃O₁₂ со структурой граната. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии измерена теплоемкость поликристаллических образцов в области 320–1050 K. По этим данным рассчитаны термодинамические функции германата кальция-скандия.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Л. Т. Денисова

Сибирский федеральный университет

Author for correspondence.
Email: ldenisova@sfu-kras.ru
Russian Federation, пр. Свободный, 79, Красноярск, 660041

Л. Г. Чумилина

Сибирский федеральный университет

Email: ldenisova@sfu-kras.ru
Russian Federation, пр. Свободный, 79, Красноярск, 660041

Ю. Ф. Каргин

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Email: ldenisova@sfu-kras.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 49, Москва, 119991

Г. В. Васильев

Сибирский федеральный университет

Email: ldenisova@sfu-kras.ru
Russian Federation, пр. Свободный, 79, Красноярск, 660041

В. В. Белецкий

Сибирский федеральный университет

Email: ldenisova@sfu-kras.ru
Russian Federation, пр. Свободный, 79, Красноярск, 660041

В. M. Денисов

Сибирский федеральный университет

Email: ldenisova@sfu-kras.ru
Russian Federation, пр. Свободный, 79, Красноярск, 660041

References

  1. Piccinellia F., Lausib A., Bettinellia M. Structural Investigation of the New Ca₃LN₂Ge₂O₁₂ (Ln = Pr, Nd, Sm, Gd and Dy) Compounds and Luminescence Spectroscopy of Ca₃Sc₂Ge₃O₁₂ Doped with the Eu⁺³ Ion // J. Solid State Chem. 2013. V. 205. P. 190-196. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2013.07.021
  2. Lee J., Ohba N., Asahi R. Design Rules for High Oxygen-Ion Conductivity in Garnet-Type Oxides // Chem. Mater. 2020. V. 32. P. 1358–1370. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b02044
  3. He Y., Wei X., Wu Y., Chen X., Yang J., Zhou H. Effects of Packing Fraction, Lattice Vibration, and Bond Valence on the Microwave Dielectric Properties of low-εᵣ Garnet-Type Ca₃Sc₂Ge₃O₁₂ Ceramics // J. Solid State Chem. 2023. V. 322. P. 123980(1-8). https://doi.org/10.1016/j.jssc. 2023.123980
  4. Tang Y., Zhang Z., Li J., Xu M., Zhai Y., Duan L., Su C., Liu L., Sun Y., Fang L. A3Y2Ge3O12 (A = Ca, Mg): Two Novel Microwave Dielectric Ceramics with Contrasting τf and Q // J. Eur. Ceram. Soc. 2020. V. 4. P. 1–20. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.04.052
  5. Baklanova Y.V., Enyashin A.N., Maksimova L.G., Tyutyunik A.P., Chufarov A.Yu., Gorbatov E.V., Baklanova I.V., Zubkov V.G. Sensitized IR Luminescence in Ca₃Y₂Ge₃O₁₂: Nd³⁺, Ho³⁺ under 808 nm Laser Excitation // Ceram. Int. 2018. V. 44. P. 6959–6967. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.01.128
  6. Cui J., Zheng Y., Wang Zh., Cao L., Wang Z., Li P. Improving the Luminescence Thermal Stability of Ca₃Y₂Ge₃O₁₂: Cr³⁺ Based on Cation Substitution and its Application in NIR LEDs // Mater. Adv. 2022. V. 3. P. 2772-2778. https://doi.org/10.1039/02MA00009A
  7. Ji Ch., Huang Zh., Tian X., Tian X., Zhang L., He H., Wen J., Peng Y. Sm³⁺/Pr³⁺ Biactivated Ca₃Y₂Ge₃O₁₂: 0.04 Sm³⁺: Pr³⁺ Red Phosphor with High Thermal Stability for Low Correlated Temperature WLED // J. Lumin. 2021. V. 232. P. 117775(1-8). https://doi.org/10.1016/ j.jlumin.2020.11775
  8. Rammohan A.A. Review on Effect of Thermal Factors on Performance of High Power Light Emitting Diode (HPLED) // J. Eng. Sci. Technol. Rev. 2016. V. 9. P. 165-179. https://doi.org/10.25103/jestr.094.24
  9. Müller-Buschbaum H., Schnering H.G. Über Oxoscandate. I. Zur Kenntnis des Ca₂GeO₄ // Z. Anorg. Allg. Chem. 1965. B. 336. № 5. S. 295–305. https://doi.org/10.1002/zaac. 19653360510
  10. Klimm D., Philippen J., Markurt T., Kwasniewski A. Ce⁴⁺: CaSc₄O₄ Crystal Fibers for Green Light Emission: Growth Issues and Characterization // Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 2014. V. 11. P. 21(1–5). https://doi.org/10.1557/opl.2014.365
  11. Chen X., Wang F., Zhi W., Liu W., Wang X., Tian Y., Xu B., Yang B. Phase Equilibria of the CaO-SiO₂-Sc₂O₃ Ternary System // J. Phase Equilib. Diffus. 2023. V. 44. P. 102-114. https://doi.org/10.1007/s11669-022-01022-y
  12. Диаграммы состояния систем тугоплавких оксидов. Справочник. Вып. 5. Ч. 1 / Под ред. Галахова Ф.Я. Л.: Наука, 1985. 284 с.
  13. Fiquet G., Gillet P., Richet P. Anharmonicity and High-Temperature Heat Capacity of Crystals: the Examples of Ca₂GeO₄, Mg₂GeO₄ and CaMgGeO₄ Olivines // Phys. Chem. Mater. 1992. V. 18. P. 469–479. https://doi.org/10.1007/BF00200970
  14. Shushunov A.N., Gorshkov O.N., Smirnova N.N., Somov N.V., Chirshkov Yu.I., Bykov A.B. Thermophysical Properties of Ca₂GeO₄ over the Temperature Range between (6 and 350 K) // J. Chem. Thermodyn. 2014. V. 78. P. 58–68. https://doi.org/10.1016/j.jct.2014.06.019
  15. Koseva I., Nikolov V., Petrova N., Tzvetkov P., Marychev M. Thermal Behavior of Germinates with Olivine Structure // Thermochim. Acta. 2016. V. 646. P. 1–7. https://doi.org/10.1016/j.tca.2016.11.004
  16. Li W., Chen D., Shen G. Encapsulating Ca₂Ge₇O₁₆ Nanowires within Grapheme Sheets as Anode Materials for Lithium-ion Batteries // J. Mater. Chem. A. 2015. V. 3. P. 20673-20690. https://doi.org/10.1039/cSta04175a
  17. Торопов Н.А., Бондарь И.А., Лазарев А.Н., Смолин Ю.И. Силикаты редкоземельных элементов и их аналоги. Л.: Наука, 1971. 230 с.
  18. Li H., Ma S., Yu Z., Zhu H., Li N. In Situ High-Pressure X-ray Diffraction of the Two Polymorphs of Sc₂Ge₂O₇ // AIP Adv. 2020. V. 10. P. 095209(1-7). https://doi.org/10.1063/5.0021334
  19. Денисова Л.Т., Иртюго Л.А., Каргин Ю.Ф., Белецкий В.В., Денисов В.М. Высокотемпературная теплоемкость Tb₂SN₂O₇ // Неорган. материалы. 2017. Т. 53. № 1. С. 71-73. https://doi.org/10.7868/S0002337X17010043
  20. Mill B.V., Belokoneva E.I., Simonov M.A., Belov N.V. Refined Crystal Structures of the Scandium Garnets Ca₃Sc₂Si₃O₁₂, Ca₃Sc₂Ge₃O₁₂ and Cd₃Sc₂Ge₃O₁₂ // J. Struct. Chem. 1977. V. 18. P. 321-323. https://doi.org/10.1007/BF00753987
  21. Maier C.G., Kelley K.K. An Equation for the Representation of High Temperature Heat Content Data // J. Am. Chem. Soc. 1932. V. 54. № 8. P. 3243-3246. https://doi.org/10.1021/ja01347a029
  22. Leitner J., Chuchvalec P., Sedmidubský D., Strejc A., Abrman P. Estimation of Heat Capacities of Solid Mixed Oxides // Thermochim. Acta. 2003. V. 395. P. 27–46. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(02)00176-6
  23. Leitner J., Voňka P., Sedmidubský D., Svoboda P. Application of Neumann-Kopp Rule for the Estimation of Heat Capacity of Mixed Oxides // Thermochim. Acta. 2010. V. 497. P. 7-13. https://doi.org/10.1016/j.tca.2009.08.002
  24. Кубашевский О., Олкокк С.Б. Металлургическая термохимия. М.: Металлургия, 1982. 392 с.
  25. Третьяков Ю.Д. Твердофазные реакции. М.: Химия, 1978. 360 с.
  26. Zhang Y., Jung I.-H. Critical Evaluation of Thermodynamic Properties of Rare Earth Sesquioxides (RE = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Sc and Y) // CALPHAD: Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem. 2017. V. 58. P. 169–203. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2017.07.001
  27. Осина Е.А. Термодинамические функции молекул оксидов германия в газовой фазе: GeO₂(г), Ge₂O₂ (г) и Ge₂O₃(г) // Теплофизика высоких температур. 2017. Т. 55. № 2. С. 223-227. https://doi.org/10.7868/S0040364417020120
  28. Кумок В.Н. Проблема согласования методов оценки термодинамических характеристик // Прямые и обратные задачи химической термодинамики. Новосибирск: Наука, 1987. С. 108–123.
  29. Mostafa A.T.M.G., Eakman J.M., Montoya M.M., Yarbro S.L. Prediction of Heat Capacities of Solid Inorganic Salts from Group Contribution // Ind. Eng. Chem. Res. 1996. V. 35. № 1. P. 343-348. https://doi.org/10.1021/ie9501485
  30. Leitner J., Sedmidubský D., Chuchvalec P. Prediction of Heat Capacities of Solid Binary Oxides from Group Contribution Method // Ceramics-Silikáty. 2002. V. 46(1). P. 29–32.
  31. Mostafa A.T.M.G., Eakman J.M., Yarbro S.L. Prediction of Standard Heats and Gibbs Free Energies of Formation of Solid Inorganic Salts from Group Contributions // Ind. Eng. Chem. Res. 1995. V. 34. P. 4577–4582. https://doi.org/10.1021/IE00039A053

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Temperature dependences of the heat capacity of Ca₃Sc₂Ge₃O₁₂: 1 – our data, 2 – calculation by the NK method, 3 – calculation by equation (3), solid line – approximating curve.

Download (68KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».