Термодинамическая модель для описания высокоэнтропийных оксидных фаз со структурой гексаферритов м-типа

Термодинамическая модель для описания высокоэнтропийных оксидных фаз со структурой гексаферритов м-типа

Автор: Зайцева Ольга Владимировна, Трофимов Евгений Алексеевич

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия @vestnik-susu-chemistry

Рубрика: Физическая химия

Статья в выпуске: 3 т.14, 2022 года.

Бесплатный доступ

К настоящему времени накоплено значительное число экспериментальных данных о результатах синтеза высокоэнтропийных оксидных фаз со структурой гексаферритов М-типа и изучении их структуры и свойств, которые позволяют сделать вывод о перспективности исследований в этом направлении. При этом дальнейшее его развитие требует работы по созданию теоретических основ синтеза таких фаз. Важной частью теоретических работ такого рода должно стать термодинамическое описание изученных твёрдых растворов на основе гексаферритов М-типа, опирающееся на анализ экспериментальных данных. Задачей настоящей работы являлось определение того, какие подходы могут быть использованы для термодинамического описания высокоэнтропийных оксидов (ВЭО) со структурой гексаферритов М-типа, а также формирование базы термодинамических функций, описывающих индивидуальные вещества, участвующие в формировании высокоэнтропийной оксидной фазы такого рода. Проведенный в ходе работы анализ экспериментальных данных о процессе и результатах синтеза ВЭО со структурой гексаферритов М-типа позволил предложить использовать двухподрешеточную модель фазы, в которой первая подрешетка образована атомами вида А, а вторая подрешетка комплексами атомов В12О19. В рамках каждой из подрешёток отклонение от идеальности описывается посредством полиномов Редлиха-Кистера. Компонентами твердого раствора предложено считать реально или гипотетически существующие вещества с формулой вида АВ12О19, где А - Ba, Sr, Pb, Ca; а В - Fe, Al, In, Ga, Ti, Co, Mn, Ni, Zr, Zn, Cu, Cr. Для всех этих веществ предложены значения стандартных энтальпий образования, стандартных энтропий, температурных зависимостей изобарной теплоемкости. Эти значения отчасти заимствованы из различных источников, а по большей части являются результатом оценки различными полуэмпирическими методами. Разработанная модель и предлагаемые значения термодинамических функций, характеризующих индивидуальные компоненты ВЭО со структурой гексаферритов М-типа, позволили сформировать в рамках программного комплекса «FactSage (версия 8.0)» пользовательскую базу данных, которая открывает широкие возможности для дальнейших работ по совершенствованию модели, оптимизации параметров модели и термодинамическому моделированию твердофазного синтеза ВЭО со структурой гексаферритов М-типа.

Еще

Термодинамическое описание, высокоэнтропийные оксидные фазы, гексаферриты м-типа, параметры модели

Короткий адрес: https://sciup.org/147238615

IDR: 147238615   |   DOI: 10.14529/chem220312

Список литературы Термодинамическая модель для описания высокоэнтропийных оксидных фаз со структурой гексаферритов м-типа

  • Rost Ch.M., Sachet E., Borman T., Moballegh A., Dickey E.C., Hou D., Jones J.L., Curtarolo S., Maria J.-P. Entropy-Stabilized Oxides. Nature Communications. 2015;6:8485. DOI: 10.1038/ncomms9485.
  • Berardan D., Meena A.K., Franger S., Herrero C., Dragoe N. Controlled Jahn-Teller Distortion in (MgCoNiCuZn)O-Based High Entropy Oxides. Journal of Alloys and Compounds. 2017:693-700. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.02.070.
  • Sarkar A., Loho C., Velasco L., Thomas T., Bhattacharya S.S., Hahn H., Djenadic R.R. Multi-component Equiatomic Rare Earth Oxides with Narrow Band Gap and Associated Praseodymium Mul-tivalency. Dalton Trans. 2017:12167-12176. DOI: 10.1039/C7DT02077E.
  • Djenadic R., Sarkar A., Clemens O., Loho Ch., Botros M., Chakravadhanula V.S.K., Kübel Ch., Bhattacharya S.S., Gandhi A.S., Hahn H. Multicomponent Equiatomic Rare Earth Oxides. Materials Research Letters. 2017;5:102-109. DOI: 10.1080/21663831.2016.1220433.
  • D^browa J., Stygar M., Mikula A., Knapik A., Mroczka K., Tejchman W., Danielewski M., Martin M. Synthesis and Microstructure of the (Co,Cr,Fe,Mn,Ni)3O4 High Entropy Oxide Characterized by Spinel Structure. Materials Letters. 2018:32-36. DOI: 10.1016/j.matlet.2017.12.148.
  • Nguyen T.X., Patra J., Chang J.-K., Ting J.-M. High Entropy Spinel Oxide Nanoparticles for Superior Lithiation-Delithiation Performance. Journal of Materials Chemistry A. 2020;8:18963-18973. DOI: 10.1039/D0TA04844E.
  • Sun Z., Zhao Y., Sun C., Ni Q., Wang C., Jin H. High Entropy Spinel-Structure Oxide for Electrochemical Application. Chemical Engineering Journal. 2022;431(4):133448. DOI: 10.1016/j .cej .2021.133448.
  • Liang B., Ai Y., Wang Y., Liu C., Ouyang S., Liu M. Spinel-Type (FeCoCrMnZn)3O4 High-Entropy Oxide: Facile Preparation and Supercapacitor Performance. Materials. 2020;13(24): 5798. DOI: 10.3390/ma13245798.
  • Gild J., Samiee M., Braun J.L., Harrington T., Vega H., Hopkins P.E., Vecchio K., Luo J. Hig-hEntropy Fluorite Oxides. Journal of the European Ceramic Society. 2018;38:3578-3584. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2018.04.010.
  • Wright A.J., Wang Q., Hu Ch., Yeh Y.-T., Chen R., Luo J. Single-Phase Duodenary High-Entropy Fluorite/Pyrochlore Oxides with an Order-Disorder Transition. Acta Materialia. 2021;211:116858. DOI: 10.1016/j.actamat.2021.116858.
  • Jiang S., Hu T., Gild J., Zhou N., Nie J., Qin M., Harrington T., Vecchio K., Luo J. A New Class of High-Entropy Perovskite Oxides. Scripta Materialia. 2018;142:116-120. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2017.08.040.
  • Liu Z., Xu S., Li T., Xie B., Guo K., Lu J. Microstructure and Ferroelectric Properties of High-Entropy Perovskite Oxides with A-Site Disorder. Ceramics International. 2021;47(23):33039-33046. DOI: 10.1016/j .ceramint.2021.08.204.
  • Zhivulin V.E., Trofimov E.A., Gudkova S.A., Pashkeev I.Yu., Punda A.Yu., Gavrilyak M., Zaitseva O.V., Taskaev S.V., Podgornov F.V., Darwish M.A., Almessiere M.A., Slimani Y., Baykal A., Trukhanov S.V., Trukhanov A.V., Vinnik D.A. Polysubstituted High-Entropy [LaNd](Cr0.2Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2)O3 Perovskites: Correlation of the Electrical and Magnetic Properties. Nanomaterials. 2021;11(4):1014. DOI: 10.3390/nano11041014.
  • Guo R., Li Z., Li L., Liu Y., Zheng R., Ma C. Microstructures and Oxidation Mechanisms of (Zr0.2Hf0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2)B2 High-Entropy Ceramic. Journal of the European Ceramic Society. 2022;42(5):2127-2134. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.12.036.
  • Yuan J.-H., Guo W.-M., Liu Y., Sun S.-K., Duan X.-M., Jia D.-C., Lin H.-T. Hardness and Toughness Improvement of SiC-Based Ceramics with the Addition of (Hf0.2Mo0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2)B2. Journal of the American Ceramic Society. 2022;105(3): 1629-1634. DOI: 10.1111/jace.18209.
  • Zhang P.-X., Ye L., Chen F.-H., Han W.-J., Wu Y.-H., Zhao T. Stability, Mechanical, and Thermodynamic Behaviors of (TiZrHfTaM)C (M = Nb, Mo, W, V, Cr) High-Entropy Carbide Ceramics. Journal of Alloys and Compounds. 2022;903:163868. DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.163868.
  • Kavak S., Bayrak K.G., Bellek M., Mertdin? S., Muhaffel F., Gök?e H., Ayas E., Derin B., Öve?oglu M.L., Agaogullari D. Synthesis and Characterization of (HfMoTiWZr)C High Entropy Carbide Ceramics. Ceramics International. 2022;48(6):7695-7705. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.11.317.
  • Feng L., Fahrenholtz W.G., Hilmas G.E., Zhou Y. Synthesis of Single-Phase High-Entropy Carbide Powders. Scripta Materialia. 2019;162:90-93. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2018.10.049.
  • Yan X., Constantin L., Lu Y., Silvain J.-F., Nastasi M., Cui B. (Hfo.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2)C High-Entropy Ceramics with Low Thermal Conductivity. Journal of the American Ceramic Society. 2018;101(10):4486-4491. DOI: 10.1111/jace.15779.
  • Gild J., Braun J., Kaufmann K., Marin E., Harrington T., Hopkins P., Vecchio K., Luo J. A High-Entropy Silicide: (Mo0.2Nb0.2Ta0.2Ti0.2W0.2)Si2. Journal of Materiomics. 2019;5(3):337-343. DOI: 10.1016/j.jmat.2019.03.002.
  • Liu L., Zhang L., Liu D. Complete Elimination of Pest Oxidation by High Entropy Refractory Metallic Silicide (Mo0.2W0.2Cr0.2Ta0.2Nb0.2)Si2. Scripta Materialia. 2020;189:25-29. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2020.07.059.
  • Li C.-H., Lin H.-W., Tiffany Chen H.-Y., Chen H.-Y. High-Entropy Ceramics. High-Entropy Materials: Theory, Experiments, and Applications, ed. by J. Brechtl, P.K. Liaw. Springer. 2021:355411. DOI: 10.1007/978-3-030-77641-1_8.
  • Xiang H., Xing Y., Dai F.-Z., Wang H., Su L., Miao L., Zhang G., Wang Y., Qi X., Yao L., Wang H., Zhao B., Li J., Zhou Y. High-Entropy Ceramics: Present Status, Challenges, and a Look Forward. Journal of Advanced Ceramics. 2021;10(3):385-441. DOI: 10.1007/s40145-021-0477-y.
  • Oses C., Toher C., Curtarolo S. High-Entropy Ceramics. Nature Reviews Materials. 2020;5(4):295-309. DOI: 10.1038/s41578-019-0170-8.
  • Zaitseva O.V., Vinnik D.A., Trofimov E.A. The Poly-Substituted M-Type Hexaferrite Crystals Growth. Materials Science Forum. 2019;946:186-191. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.946.186.
  • Zaitseva O.V., Zhivulin V.E., Chernukha A.S. Preparation of Poly-Substituted Crystals with M-Type Hexaferrite Structure Using Melts of the BaO-PbO-SrO-CaO-ZnO-Fe2O3-Mn2O3-AhO3 System. Solid State Phenomena. 2020;299:275-280. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.299.275.
  • Vinnik D.A., Trofimov E.A., Zhivulin V.E., Zaitseva O.V. et al. High-Entropy Oxide Phases with Magnetoplumbite Structure. Ceramics International. 2019;45(10):12942-12948. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.03.221.
  • Zhivulin V.E., Trofimov E.A., Starikov A.Y., Gudkova S.A., Punda A.Y., Zherebtsov D.A., Zaitseva O.V., Vinnik D.A. New High-Entropy Oxide Phases with the Magnetoplumbite Structure. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021;1014(1):012062. DOI: 10.1088/1757-899X/1014/1/012062.
  • Морачевский А.Г., Сладков И.Б. Термодинамические расчеты в металлургии: справочник. М.: Металлургия, 1985. 136 с. [Morachevskiy A.G., Sladkov I.B. Termodinamicheskie raschety v metallurgii: spravochnik [Thermodynamic Calculations in Metallurgy: the handbook]. Moscow: Metallurgiya. 1985. 136 p.]
  • Schwitzgebel K., Lowell P.S., Parson T.B., Sladek K.J. Estimation of Heats of Formation of Binary Oxides. Journal of Chemical & Engineering Data. 1971;16(4):419-423. DOI: 10.1021/je60051a025.
  • Rakshit S.K., Parida S.C., Dash S., Singh Z., Sen B.K., Venugopal V. Heat Capacities of Some Ternary Oxides in the System Ba-Fe-O Using Differential Scanning Calorimetry. Journal of Alloys and Compounds. 2007;438(1-2):279-284. DOI: 10.1016/j.jallcom.2006.08.026.
  • Zinkevich M. Calorimetric Study and Thermodynamic Assessment of the SrO-Ga2O3 System. International Journal of Materials Research. 2017;98(7):574-579. DOI: 10.3139/146.101513.
  • Шабанова. Г.Н., Быканов С.Н., Гуренко И.В., Ткачева З.И. Термодинамическая оценка образования ферритов бария. Сб. научн. тр. ХГПУ «Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье». Харьков: ХГПУ, 1998. Т. 6, № 3. С. 35-40. [Shabano-va G.N., Bykanov S.N., Gurenko I.V., Tkacheva Z.I. [Thermodynamic Evaluation of the Formation of Barium Ferrites]. Sb. nauchn. tr. HGPU «Informacionnye tehnologii: nauka, tehnika, tehnologija, obra-zovanie, zdorov'e», Kharkov: HGPU. 1998;6(3): 35-40. (in Russ.).]
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp