Термическое расширение Na2ZnV207

Исследовано термическое расширение структуры двойного пированадата натрия-цинка Na2ZnV2O7 в интервале температур 30-600 °C. Показано, что коэффициенты термического расширения параметров кристаллической решетки не меняются с ростом температуры. Наблюдается раширение -          структуры вдоль оси с, при этом в плоскости а!«2 структура становится бо лее компактной. Определена роль ионов натрия в термических деформациях пированадата цинка.

Одной из наиболее важных служебных характеристик материалов, используемых в современной технике, является коэффициент термического расширения (ктр). В работе исследовано термическое поведение двойного пированадата натрия-цинка. Na₂ZnV₂O₇ кристаллизуется в тетрагональной сингонии, пр. гр. Р-42_}т с параметрами a = 8,2711(4) А, с = 5,1132(2) A, Z = 2 [1]. Структура Na₂ZnV₂O₇ образована слоями соединённых по вершинам тетраэдров VO₄ и ZnO₄. Межслоевое пространство занимают искажённые квадратные антипризмы NaO₈. Проекция структуры Na₂ZnV₂O₇ на различные плоскости представлена на рис. 1.

Рис. 1. Проекция кристаллической структуры Cd₂V₂O₇ на плоскости ale (слева) и а1а2 (справа)

Политермы параметров элементарной ячейки Na₂ZnV₂O₇ в интервале температур от комнатной до 600 °C приведены на рис. 2. Расширение структуры резко анизотропно, коэффициент термического расширения (ктр) вдоль оси с на порядок выше, чем вдоль оси a: а_а = 8-10~⁶1/ К, а_с =31 -КГ⁶ 1/К, a_v =46-10^-6 1/К . КТР остаются неизменными на всем исследуемом интервале температур.

Расчёт межатомных расстояний М - О, где М = Zn, Na, V, показал, что с ростом температуры они увеличиваются с различными ктр. Наибольшим изменениям подвержены длины связей и углы, лежащие в плоскости а\а2. Внутри слоя [ZnV^] уменьшение межполиэдрических углов О - О_мост - О, V - О - V и Zn - О - V составляет -0,5°, что вызывает разворот тетраэдрической сети в плоскости a\dl (рис. 3). Увеличение углов между слоями полиэдров Na - О - V и Na - О -Zn на 0,27 ± 0,03° приводит к вытягиванию структуры вдоль оси с.

Таким образом, высокотемпературные рентгенографические исследования позволили проанализировать термические трансформации структуры двойного пированадата натрия-цинка с точки зрения его полиэдрического представления. Установлено, что расширение кристаллической решетки Na₂ZnV₂O₇ вдоль оси с происходит за счет термических трансформаций натрий-

Чванова А.Н., Красненко Т.И., Ротермель М.В., Викторов В.В.

Термическое расширение NazZnVzCh

кислородных полиэдров, трансформации структуры в целом обусловлены преимущественными изменениями цинк-ванадий-кислородной подрешётки.

а.32500 тА

8.32000 т4

8.31500 т 8.31000 1*

8.30500 •                                                                            ~'

8.30000 ■ 8.29500 -

8.29000 г             ,    .    -*

8.28500 -           *

8.28000 г- -  - •■   -----------+---------.........-ч------------..............-4 - .-  ,------------»-------------------,-------4-——------------------------,-------------. -  .

25  60  90  120 1-50 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600

5.22000 т С, А

5.20000 f"

5.18000*

5.16000 f*

5.14000                            4.,4 Т

5.12000 ; .    +

5.10000 ->- -.....--------------------------------------------------------------------^-------------------*----------—.........t-------------------1-----------—.....*----------------------->-----------------------

25  60  90  120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600

362.000 । у Д³

360.000 -;                                                 .                                                                          7

358.000 -                                                                     _*

356.000 4* Г *

354.000 {-                              _    -*

352.000 ■[      _ Т *^ °Q

25  60  90  120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600

Рис. 2. Политермы параметров кристаллической решетки Na2ZnV2O7

Рис. 3. Трансформации слоя [ZnV2O7] в плоскости а1а2

Работа выполнена при поддержке гранта ректора ЧГПУ профессора Латюшина В.В.