Vol 59, No 1 (2023)
Articles
Исследование структурных и электронных свойств SmGaGe2O7 методами из первых принципов
Abstract
Впервые исследованы кристаллическая структура и электронное строение самарий-галлиевого дигерманата SmGaGe2O7 квантово-механическими методами из первых принципов. Полученные в рамках обобщенного градиентного приближения параметры решетки и позиции ионов в ней согласуются с экспериментальными данными. Установлено, что материал является непрямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны 2.45 эВ. Валентная зона сформирована p-состояниями атомов кислорода с незначительным вкладом других состояний остальных атомов. Зона проводимости сформирована s- и p-состояниями атомов галлия и германия с небольшим вкладом p-состояний атомов кислорода, а также d-состояний атомов самария, проявляющихся на высоте от ≈1 эВ от дна зоны. Показано существование носителей заряда с различающимися эффективными массами.
Эффект электрического поля при кристаллизации аморфных пленок TlIn1–xSnxSe2
Abstract
Кинетика кристаллизации аморфных пленок TlIn1–хSnxSе2 толщиной 30 нм, полученных в высоком вакууме термическим осаждением, в постоянном электрическом поле напряженностью Е = 3000 В/см, исследовалась методом кинематической электронографии. Показано, что формирование кристаллической структуры при термообработке аморфных пленок происходит по закономерностям, установленным Авраами–Колмогоровым. По кинетическим кривым фазового превращения прослеживается влияние электрического поля на увеличение диапазона температур кристаллизации пленок, а также на значения энергий активации зародышеобразования и дальнейшего роста кристаллов. Величина суммарной энергии активации процесса кристаллизации оказалась равной Еобщ = 44.92 ккал/моль. Дифракционные линии от поликристаллической пленки TlIn0.93Sn0.07Sе2 на кинематической электронограмме индицируются на основе параметров тетрагональной ячейки а = b = 0.8358, с = 0.7086 нм, соответствующих пр. гр. \(D_{{4h}}^{{18}}\)–I4/mcm. При нахождении пленок в вакууме при комнатной температуре более двух месяцев не обнаружено изменений ни в их качестве, ни в дифракционной картине.
Оптимизация синтеза R2O2Se для получения оптических материалов (R=La, Gd, Y)
Abstract
Отработаны методики синтеза оксоселенидов лантана, гадолиния и иттрия из оксидов методом нагревания в токе водорода и паров селена. Для лантана оптимальная температура селенирования составляет 700°C, для гадолиния 850°C, для иттрия 900°C. Последующий отжиг образцов в токе водорода при 1000°C позволяет удалить следы аморфного селена и примесных фаз, содержащих диселенидные группы.
Влияние отжига на электрические свойства структур (Bi + Sn)–Pb0.75Sn0.25Тe〈Sn〉 и (In + Ag + Au)–Pb0.75Sn0.25Тe〈Sn〉
Abstract
Выращены монокристаллы твердого раствора Pb0.75Sn0.25Тe со сверхстехиометрическим оловом до 1.0 ат. %, на их основе созданы структуры металл–полупроводник с применением эвтектик Bi + Sn и In + Ag + Au. Исследовано влияние отжига на их электрические свойства в интервале ∼77–300 К. Сделано предположение, что сверхстехиометрические атомы олова при малых содержаниях, заполняя вакансии в подрешетках Pb и Sn, уменьшают концентрацию носителей тока n, в результате чего растут удельные сопротивления кристалла ρ и контакта структур rk. При больших концентрациях олова образуются новые донорные центры в кристалле, растет n, что приводит к уменьшению ρ и rk.
Энергетический спектр и оптическое поглощение соединений Mn100-хAlх (x = 20 и 30) со структурой β-Mn
Abstract
Представлены результаты расчета электронных спектров, а также исследования оптических свойств бинарных соединений Mn70Al30 и Mn80Al20 со структурой β-Mn. Энергетические зависимости вычисленных плотностей электронных состояний, имеющих высокие значения на уровне Ферми, определяются широкими зонами, связанными с 3d-электронами марганца. На основе рассчитанных электронных структур проведен анализ экспериментальных спектров оптических проводимостей сплавов в области квантового поглощения света. По результатам исследований оптических свойств в инфракрасном диапазоне спектра определен ряд характеристик электронов проводимости.
Оптические свойства ячеек Гретцеля на основе дельфинидина с наночастицами карбида кремния
Abstract
В работе проведено исследование свойств комплекса дельфинидина и наночастиц карбида кремния с помощью оптических методов. Из данных электронной микроскопии был определен фазовый состав образцов карбида кремния. Сравнительный анализ спектров поглощения растворов дельфинидина и дельфинидина с наночастицами карбида кремния показал заметное увеличение поглощения излучения в присутствии наночастиц. Сильный рост оптической плотности свидетельствует о значительной адсорбции молекул дельфинидина на поверхности наночастиц карбида кремния. Сочетание дельфинидина с наночастицами карбида кремния улучшает характеристики ячеек Гретцеля по сравнению с сенсибилизатором без наночастиц. Добавление наночастиц карбида кремния в краситель увеличивает мощность и коэффициент полезного действия ячейки Гретцеля.
Магнитные свойства и критические токи сверхпроводников Dy0.8Er0.2Rh3.8Ru0.2B4 и Dy0.6Er0.4Rh3.8Ru0.2B4
Abstract
На базе соединения DyRh3.8Ru0.2B4, посредством частичного замещения Dy на Er, получены магнитные сверхпроводники: Dy0.8Er0.2Rh3.8Ru0.2B4 (Тс ~ 5.1 К) и Dy0.6Er0.4Rh3.8Ru0.2B4 (Тс ~ 5.8 К), для которых подробно исследованы зависимости χ(Т), М(B) и \({{{В}}_{{{{{с}}_{2}}}}}\)(Т). Для этих соединений установлен антиферромагнитный переход (при T ~ 3 К), аналогичный наблюдаемому в магнитном сверхпроводнике DyRh3.8Ru0.2B4. На основе измерений магнитного момента от поля (М(B)) образцов Dy0.8Er0.2Rh3.8Ru0.2B4 и Dy0.6Er0.4Rh3.8Ru0.2B4 с использованием модели Бина получены зависимости критической плотности тока от поля Jc(В) и приведенной силы пиннинга Fp(h) от величины приведенного поля (h). Установлено, что отклонение от закона подобия у сверхпроводников с антиферромагнитным упорядочением магнитной подсистемы (Dy0.8Er0.2Rh3.8Ru0.2B4 и Dy0.6Er0.4Rh3.8Ru0.2B4) наиболее заметно проявляется при h > 0.4.
Определение фазового состава образцов феррита меди безэталонным методом дифференцирующего растворения
Abstract
Представлены результаты применения стехиографического метода дифференцирующего растворения (ДР) для определения фазового состава катализаторов гидролиза и гидротермолиза амминборана [1, 2]. Исследуемые образцы феррита меди Cu1–xFe2+xO4 приготовлены методом послойного горения, высушены и прокалены при различных температурах. Приведены условия обнаружения и количественного определения различных фаз в составе аморфных и кристаллических образцов со структурой шпинельного типа. Сопоставлены результаты ДР и рентгенофазового анализа.
Получение смеси порошков вольфрама с хромом восстановлением их оксидных соединений парами магния
Abstract
Исследован процесс получения смесей высокодисперсных порошков вольфрама с хромом восстановлением сложных оксидных соединений этих металлов парами магния в интервале температур 700–800°С при остаточном давлении в реакторе 5–20 кПа. Получены смеси порошков W + Cr с удельной поверхностью в интервале 34–49 м2/г. Порошки характеризуются мезопористой структурой и могут быть использованы в качестве прекурсоров для получения самопассивирующихся сплавов.
Фазообразование в системе V2O5–AlN
Abstract
Методами химического, рентгенофазового анализов, а также совмещенного термического и масс-спектрометрического анализов изучены взаимодействия в системе V2O5–AlN. Установлено, что нагрев смесей с молярным отношением AlN : V2O5 ≥ 2.33 выше 1100°С приводит к образованию в конденсированных продуктах нитридов ванадия: V2N, VN0.81 и VN. Образования твердых растворов алюминия в ванадии либо алюминидов ванадия при нагревании смесей во всем исследуемом интервале температур не выявлено. При химическом взаимодействии V2O5 с AlN соблюдается принцип последовательности превращений А.А. Байкова: V2O5 → VO2 → V4O7 → V3O5 → V2O3 → VO → V.
Влияние добавки оксида цинка на свойства биоактивных гранулированных материалов системы TiO2–SiO2–P2O5/СаO(ZnO)
Abstract
Золь–гель-методом из растворов синтезированы гранулированные материалы системы TiO2–SiO2–P2O5/СаO(ZnO) на основе катионита Токем-250. Каркас материала представлен TiO2–SiO2–P2O5, внутренняя часть заполнена СаО(ZnO) (образцы TiO2–SiO2–P2O5/СаO и TiO2–SiO2–P2O5/ZnO). Карбоксильный катионит Токем-250 обладает высокой избирательностью по отношению к ионам Cа2+ и Zn2+, что дает возможность использовать его при разработке биоматериалов, т.к. кальций является одним из строительных компонентов костной ткани, а цинк оказывает прямое стимулирующее влияние на образование костной ткани и обладает антибактериальными свойствами. Для получения гранулированных композиционных материалов на основе катионита Токем-250 были определены полная обменная емкость катионита Токем-250 и его сорбционная емкость по отношению к Са2+ и Zn2+ методом трилометрического титрования. Установлены условия термообработки образцов с целью получения однородной структуры материала: отжиг при 150, 250, 350°С в течение 30 мин на каждой температурной ступени, а также при 600°С в течение 6 ч и при 800°С 1 ч. Добавка оксида цинка благоприятно влияет на способность к образованию кальций-фосфатного слоя на поверхности, при этом образцы могут быть использованы для дальнейших исследований.
Получение и электрореологические свойства безводного ортофосфата алюминия
Abstract
Исследованы процесс и продукты термической дегидратации высокодисперсного AlРO4⋅2Н2О с моноклинной структурой, полученного кристаллизацией из алюмофосфатного раствора при 95–97°С. Показано влияние изотермического, политермического режимов термообработки на образование модификаций AlРO4 со структурами, аналогичными α-кварцу, тридимиту. Отмечено, что формирование данных фаз связано с изменением координации алюминия по кислороду при отщеплении сильно поляризованных молекул кристаллизационной воды, входящих в состав AlРO4⋅2Н2О. Изучена электрореологическая (ЭР) активность AlРO4 как дисперсной фазы электрореологических суспензиий, массовая доля которой составляла 10–20%. Установлена зависимость величины напряжения сдвига электрореологических дисперсий при напряженности электрического поля 3.5–4.0 кВ/мм от режима получения AlРO4. Показано, что более высокий ЭР-эффект на уровне 420–620 Па проявляют суспензии с частицами AlРO4, полученного в изотермических условиях, имеющего структуру тридимита. Установлено, что с повышением температуры и продолжительности термообработки AlРO4 его ЭР-активность возрастает, что может быть обусловлено формированием более дефектной поверхности частиц за счет собственной термической разупорядоченности.
Сорбция катионов Сs+ и Sr2+ фосфатами титана(IV) из растворов, моделирующих кубовые остатки АЭС
Abstract
На модельном растворе показана возможность применения сорбентов на основе оксогидроксофосфатов титана(IV) для извлечения катионов Cs+ и Sr2+ из многокомпонентных высокосолевых кубовых остатков. Экспериментально определены оптимальные условия применения ионитов (Ж : Т = 50, t = 25°С). Установлено, что Cs+ эффективно извлекается при рН 2, Sr2+ – при рН 8. Показано, что модифицированный цирконием сорбент проявляет большее сродство к катионам металлов. Особенно модифицированный сорбент селективен к цезию в кислой области рН вследствие большей подвижности протонов гидрофосфатных групп по сравнению с немодифицированным составом сорбента.
Структура, тепловые и электрические свойства твердых растворов системы NdBaFeCo0.5Cu0.5O5+δ–NdSrFeCo0.5Cu0.5O5+δ
Abstract
Твердофазным методом получены слоистые перовскиты NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ (0.0 ≤ x ≤ 1.0), изучены их кристаллическая структура, микроструктура, термические и электрические свойства. При x ≤ 0.4 соединения имеют тетрагональую (пр. гр. P4/mmm), а при 0.6 ≤ x ≤ 1.0 – кубическую структуру (пр. гр. Pm3m) и являются полупроводниками p-типа, характер электропроводности которых при повышенных температурах изменяется на металлический, что обусловлено выделением из образцов лабильного кислорода (δ) и сопровождается возрастанием температурного коэффициента линейного расширения от (15.1–16.2) × 10–6 до (18.9–23.5) × 10–6 К–1. Параметры элементарной ячейки и коэффициент термо-ЭДС твердых растворов NdBa1–xSrxFeCo0.5Cu0.5O5+δ уменьшаются, а их электропроводность увеличивается с ростом степени замещения бария стронцием. Рассчитаны значения энергий активации процессов электропереноса, взвешенной подвижности и концентрации носителей заряда в этих фазах; показано, что эти характеристики немонотонно изменяются при изменении катионного состава образцов, проходя через экстремум в области структурного фазового перехода тетрагональная фаза → кубическая фаза.
Синтез, кристаллическая структура и термодинамические свойства германата CaSm2Ge3O10 в области 320–1000 К
Abstract
Обжигом на воздухе стехиометрических смесей CaCO3, Sm2O3 и GeO2 в интервале температур 1423–1473 K получен германат CaSm2Ge3O10. С использованием рентгеновской дифракции порошка методом минимизации производной разности установлено, что кристаллическая структура CaSm2Ge3O10 (пр. гр. P21/c, 293 К) является моноклинной с параметрами элементарной ячейки a = 6.9779(8) Ǻ, b = 6.92859(7) Ǻ, c = 18.8907(2) Ǻ, β = 108.3280(8)°. Высокотемпературная теплоемкость образцов германата кальция-самария измерена в интервале температур 320–1000 К методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Рассчитаны термодинамические свойства CaSm2Ge3O10 на основании полученной экспериментальной зависимости Cp = f(T).
Фазообразование в системе Li2MoO4–BaMoO4–Gd2(MoO4)3 и свойства люминофора Li3Ba2Gd3(MoO4)8:Er3+
Abstract
Синтезирован люминофор Li3Ba2Gd3(MoO4)8:Er3+ в системе Li2MoO4–BaMoO4–Gd2(MoO4)3, который кристаллизуется в шеелитоподобной структуре (пр. гр. С2/с), изучены его спектрально-люминесцентные свойства. Полученный люминофор исследован методами рентгенографии, дифференциального термического анализа, ИК-спектроскопии.
Синтез керамики на основе плавленого MgO с использованием метастабильного твердого δ*-Bi2O3 в качестве связующего
Abstract
Изучено влияние температуры, времени спекания, состава и количества введенного метастабильного связующего δ*-Bi2O3 на прочностные свойства синтезируемой из литого MgO керамики. Показана возможность синтеза плотной керамики с твердостью до 67–68 HRC с использованием метастабильного δ*-Bi2O3 без механических нагрузок. Уникальной особенностью представленных в работе материалов является возможность связывания исходных частиц керамики за счет высокой химической активности метастабильных фаз и продуктов их распада “в момент перехода” – локального повышения температуры при экзотермическом распаде метастабильных состояний.