Vol 59, No 8 (2023)
Articles
Термоэлектрические свойства экструдированного образца твердого раствора Bi0.85Sb0.15, модифицированного ZrО2
Abstract
Исследованы электропроводность (σ), коэффициенты термо-ЭДС (α), Холла (RX) и теплопроводности (κ) немодифицированных и модифицированных 0.5 мас. % ZrO2 экструдированных образцов твердого раствора Bi0.85Sb0.15 в интервале ~77–300 К при напряженности магнитного поля до ~74 × 104 А/м. Выяснено, что при введении в Bi0.85Sb0.15 0.5 мас. % ZrO2 фононная часть теплопроводности при ~77 К уменьшается, что приводит к повышению добротности (Z) до ~6.4 × 10–3 К–1 материала, применение которого значительно улучшает параметры низкотемпературных термоэлектрических преобразователей на его основе. При ~77 К в немодифицированных и модифицированных ZrO2 образцах твердого раствора Bi0.85Sb0.15 тепло переносится в основном колебаниями решетки.
Повышение эффективности извлечения из растворов ионов сурьмы(III) модифицированными сорбентами на основе оксогидроксофосфатов титана(IV)
Abstract
Разработаны составы сорбционных материалов на основе гидрофосфатов оксотитана(IV), модифицированные катионами циркония(IV) и содержащие одновременно катионообменные, представленные НРО\(_{4}^{{2 - }}\)-группами, и анионообменные, представленные ОН–-группами, функциональные центры. Проведена апробация полученных образцов при сорбции катионов/анионов сурьмы(III) из высокосолевого раствора. Показано, что сродство ионообменной матрицы к ионам сурьмы(III) усиливается с повышением содержания в ее составе функциональных групп. Такие составы могут рассматриваться как перспективные ионообменные материалы для эффективного извлечения радионуклидов сурьмы из многокомпонентных высокосолевых жидких радиоактивных отходов.
Термический отжиг как способ управления свойствами селенидных магнитных полупроводников со структурой шпинели
Abstract
Монокристаллы твердых растворов Hg1–хCdxCr2Se4 со структурой нормальной шпинели получены термическим отжигом и исследованы с помощью рентгеноспектрального микроанализа. Данный метод представляет собой альтернативу ранее предложенному методу выращивания кристаллизацией из раствора в расплаве с CdCl2. Зафиксирован значительный рост температуры Кюри в ходе легирования твердых растворов галлием и/или его селенидом.
Синтез и термодинамические функции дителлурида платины в низкотемпературной области
Abstract
Работа посвящена синтезу кристаллического дителлурида платины PtTe2, являющегося синтетическим аналогом минерала мончеит, и изучению его термодинамических свойств. По результатам измерений изобарной теплоемкости PtTe2 в интервале 2–305 K методами релаксационной и адиабатической калориметрии получены стандартные термодинамические функции: энтропия, изменение энтальпии и приведенная энергия Гиббса. При 298.15 K для PtTe2 рассчитаны \({\CYRS}_{p}^{ \circ }\) = 75.11 ± ± 0.15 Дж/(K моль), S° = 121.5 ± 0.2 Дж/(K моль), Н°(298.15 K) – Н°(0) = 16.69 ± 0.03 кДж/моль, Ф° = 65.55 ± 0.13 Дж/(K моль). С помощью литературных и справочных данных оценена энергия Гиббса образования ΔfG°(PtTe2, кр., 298.15) = –75.4 ± 0.8 кДж/моль. Методом фрактальной обработки данных по теплоемкости показана слоистая структура PtTe2 и оценена его температура Дебая, равная 250 K.
Cтруктура гидрида на основе высокоэнтропийного сплава TiZrHfMoTa
Abstract
Проведен синтез гидридной фазы высокоэнтропийного сплава TiZrHfMoTa с объемно-центрированной кубической решеткой. С использованием методов нейтронной и рентгеновской дифракции установлено, что при формировании гидрида кубическая решетка исходного сплава трансформируется в тетрагональную. Исследование структуры дейтерида на основе этого же сплава позволило определить положение атомов дейтерия и их позиционные параметры.
Дефектообразование в кристаллах Gd3AlxGa5–xO12 (x = 1–3) и Gd3Al2Ga3O12:Ce
Abstract
Представлены результаты комплексных исследований процессов дефектообразования и его влияния на оптические свойства кристаллов гадолиний-алюминий-галлиевых гранатов с частичным замещением галлия на алюминий в катионной подрешетке: Gd3AlGa4O12 (Al : Ga = 1 : 4), Gd3Al2Ga3O12 (Al : Ga = 2 : 3) и Gd3Al3Ga2O12 (Al : Ga = 3 : 2), а также кристаллов Gd3Al2Ga3O12:Сe3+ (Al : Ga = 2 : 3, легированных церием). Результаты, полученные методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и рентгенофлуоресцентного анализа, свидетельствуют о дефиците галлия по отношению к стехиометрическому составу во всех исследованных кристаллах. На основе результатов исследований рассматриваются процессы возникновения ростовых структурных точечных дефектов в кристаллах гадолиний-алюминий-галлиевого граната. Преобладающими точечными дефектами являются F-центры, также показано образование дефектов типа Шоттки и V-центров. Показано, что при легировании гранатов ионами церия также возможно образование дополнительных F‑центров за счет введения церия. Установлено изменение коэффициентов преломления и показателей ослабления в зависимости от соотношения Al : Ga и легирования церием.
Структура и поведение при нагревании фосфатов лантаноидов, полученных методами прямого осаждения и гидротермального синтеза
Abstract
Методами прямого осаждения из кислых растворов получены фосфаты со структурой минерала монацита – NdPO4, GdPO4, твердый раствор La0.3Nd0.5Sm0.1Eu0.1PO4, моделирующий состав фракции РАО, и YbPO4, кристаллизующийся в структуре ксенотима. В гидротермальных условиях получены кристаллогидраты NdPO4·0.67Н2О со структурой минерала рабдофана и YbPO4 со структурой ксенотима. Размер областей когерентного рассеяния порошков варьируется от 13 до 65 нм, морфология и размер порошков зависят от способа синтеза. При нагревании до 1170 K порошки сохраняют свой фазовый состав. Средние значения коэффициентов теплового расширения при 900 К находятся в интервале (5.6–9.6) × 10–6 K–1, что позволяет отнести исследуемые материалы к классу среднерасширяющихся.
Синтез шпинели MgAl2O4 в среде термической плазмы
Abstract
Представлены результаты экспериментальных исследований по синтезу шпинели MgAl2O4 методом плазменной плавки порошковых компонентов с массовым соотношением Al2O3/MgO от 1 до 4. Установлено, что характерный брэгговский пик (~65°), относящийся к плоскости (111) кристаллической фазы MgAl2O4, смещается в сторону большего угла 2θ с уширением при избыточном содержании Al2O3 в исходном составе. Методом СЭМ показано, что во всех случаях микроструктура поверхности синтезированных образцов представлена плотной упаковкой октаэдрических кристаллов MgAl2O4 с размерами от 10 до 500 мкм стехиометрического состава. В полученных образцах обнаружены локальные области, позволяющие рассмотреть динамику роста кристаллов в процессе кристаллизации расплава. Предложенный метод может найти применение при технологии отливки малогабаритных термостойких изделий.
Синтез и электропроводность нанокристаллического фторида скандия
Abstract
Методом мягкой химии (осаждением HF из водного ScCl3) синтезированы однофазные нанокристаллы ScF3 (тип ReO3, пр. гр. \(Pm\bar {3}m\)) со средним размером зерен ~20 нм и параметром элементарной ячейки a = 4.0054 ± 0.0002 Å. На приготовленных из них холодным прессованием керамических образцах измерена ионная проводимость, которая составляет 1.0 × 10−5 См/см при 673 K. Энергия активации ионного переноса в керамических образцах равна 1.09 ± 0.05 эВ. Величина проводимости нанокристаллического ScF3 превышает электропроводность микро- и монокристаллических образцов в 25 и 250 раз соответственно.
Древо фаз пятикомпонентной взаимной системы Li+,K+||F–,Cl–,Br–,\({\text{CrO}}_{4}^{{2 - }}\) и исследование стабильного тетраэдра LiF–Li2CrO4–KCl–KBr
Abstract
В пятикомпонентной взаимной системе Li+,K+||F–,Cl–,Br–,\({\text{CrO}}_{4}^{{2 - }}\) проведено разбиение на симплексы на основе теории графов путем составления матрицы смежности и решения логического выражения. На основе проведенного разбиения построено древо фаз системы, которое имеет линейное строение и состоит из четырех стабильных секущих тетраэдров, четырех стабильных пентатопов и стабильного гексатопа. В системе проведено прогнозирование числа и состава кристаллизующихся фаз. Методами дифференциального термического анализа и рентгенофазового анализа исследован стабильный тетраэдр LiF–KCl–KBr–Li2CrO4. Точки нонвариантных равновесий в тетраэдре отсутствуют. Непрерывный ряд твердых растворов на основе хлорида и бромида калия является устойчивым и не распадается. В тетраэдре существуют три кристаллизующиеся фазы: LiF, Li2CrO4, KClxBr1–x.
Уровень чистоты редкоземельных металлов (по материалам Выставки-коллекции веществ особой чистоты)
Abstract
В статье рассмотрен уровень чистоты и примесный состав редкоземельных металлов, представленных на Выставке-коллекции веществ особой чистоты. Получены оценки среднего и суммарного содержания элементов-примесей в наиболее чистых образцах. Рассмотрен примесный состав массива редкоземельных металлов и вклад отдельных групп примесей.
О зависимости эффективного коэффициента разделения от температуры испарения и степени дистилляции
Abstract
Установлена принципиальная возможность пошагового вычисления зависимостей эффективного коэффициента разделения β при дистилляции и сублимации от температуры испарения T и степени дистилляции g. Существование зависимостей β(T) и β(g) рассматривается как следствие изменения распределения примеси в испаряющемся материале при изменении T и g. Расчеты зависимостей β(T) и β(g) основаны на использовании уравнения Бартона–Прима–Слихтера и на расчетах распределения примеси в испаряющемся материале при заданных параметрах вещества и материала. Приведены результаты расчетов названных зависимостей на примере модельного материала на основе бериллия.
Синтез и исследование спектрально-люминесцентных свойств оксифторидных стекол системы SrF2–SiO2–B2O3–Bi2O3–ZnO–Y2O3, активированных оксидами Er2O3 и Yb2O3
Abstract
Разработаны и синтезированы оксифторидные стекла в системе SrF2–SiO2–B2O3–Bi2O3–ZnO–Y2O3 при различном соотношении исходных компонентов. Исследованы спектрально-люминесцентные свойства стекол, активированных оксидами Er2O3 и Yb2O3. По данным рентгенофазового анализа все образцы стекол рентгеноаморфны, определена температура стеклования (tg). Изучение локальной структуры методом ИК-спектроскопии показало, что стекла, независимо от состава, содержат сложные полиборатные анионы, образованные [BO3] и [BO4] группами, также происходит встраивание висмута в сетку стекла с образованием Bi– O–Si связей и сеткообразователей в виде [BiO6] групп.
Получение керамики Si3N4 с добавкой 3 мас. % Y2O3–Al2O3 (2 : 1, 1 : 1, 3 : 5) электроимпульсным плазменным спеканием
Abstract
Методами Печини и распылительной сушки были изготовлены порошковые смеси на основе α-Si3N4 с 3 мас. % спекающей добавки состава Y2O3–Al2O3 в стехиометрии 2 : 1, 1 : 1 и 3 : 5. Изучены четыре образца керамики, изготовленных методом электроимпульсного плазменного спекания порошковых смесей. Спекание проводилось до температуры окончания усадки порошковых смесей со скоростью нагрева 50°C/мин и при нагрузке 70 МПа. Проведен анализ усадки порошковых смесей в процессе спекания, рассчитана энергия активация спекания, измерены плотность, микротвердость и трещиностойкость (вязкость разрушения) образцов керамики. Наибольшая твердость HV = 16.5 ГПа при трещиностойкости KIc = 3.8 МПа м1/2 была достигнута для образца с мольным соотношением оксидов Y2O3 : Al2O3 = 3 : 5, спеченного при 1860°C, уплотнение образца при этом составило 99.0%. Шихта для данного образца была синтезирована методом распылительной сушки.
Изучение химической устойчивости керамики на основе оксида Y2.5Nd0.5Al5O12 со структурой граната в различных средах
Abstract
Оксид Y2.5Nd0.5Al5O12 со структурой минерала граната получен методом соосаждения после отжига при 1000°C. На его основе методом электроимпульсного плазменного спекания получена мелкозернистая керамика. Относительная плотность керамики составила 99.1%. Изучена химическая устойчивость полученных керамических образцов в статическом режиме при 90°C в дистиллированной и минеральной воде, а также в слабокислой и слабощелочной средах. Достигнутые минимальные скорости выщелачивания Y и Nd составили ~10–6–10–10 г/(см2 сут). Изучено влияние контактной среды на скорость и механизм выщелачивания неодима и иттрия из керамики Y2.5Nd0.5Al5O12 в течение 42 сут.
Извлечение лития из β-сподумена методом ионного обмена в расплавах солей натрия
Abstract
Исследование проведено с целью разработки технологии извлечения лития из сподуменового сырья. В работе показано, что одним из перспективных направлений переработки сподумена является его спекание с ацетатом натрия. Показано, что в результате реакции между компонентами кристаллическая структура сподумена не разрушается. За счет реакции ионного обмена между CH3СOONa⋅3Н2О и LiAlSi2O6 образуется водорастворимый ацетат лития и не растворимый в воде алюмосиликат натрия (NaAlSi2O6). Растворенный в воде ацетат лития переводится в карбонат лития добавлением раствора Na2CO3. Осажденный карбонат лития практически не содержит посторонних примесей. Изучено влияние параметров процесса на степень извлечения Li+ из сподумена.