Твердофазный синтез высокоэнтропийных кристаллов со структурой гексаферрита М-типа в системах Ba(Fe,Mn,Zr,Ga,Al)12O19, Ba(Fe,Sn,Zn,Ga,Al)12O19 и (Ba,Sr)(Fe,Ga,In,Al)12O19/B2O3

Автор: Зайцева Ольга Владимировна, Живулин Владимир Евгеньевич, Пунда Александр Юрьевич, Трофимов Евгений Алексеевич

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

Статья в выпуске: 3 т.13, 2021 года.

Бесплатный доступ

Проведены эксперименты по получению новых высокоэнтропийных оксидных фаз со структурой гексаферрита М-типа, состав которых отражает формула MeR12O19. В этой формуле в роли компонентов Me выступают - Ba, Sr, в роли компонентов R, наряду с ранее применяемыми - Fe, Mn, Al, Ga, In, использован ряд новых, ранее не использованных никем для данных задач компонентов - Zr, Sn, Zn. Учитывая данные, представленные в литературе, на данном этапе работ исследования проводились с образцами, принадлежащими трем составам: Ba(Fe,Mn,Zr,Ga,Al)12O19, Ba(Fe,Sn,Zn,Ga,Al)12O19, (Ba,Sr)(Fe,Ga,In,Al)12O19/B2O3. В первом случае планировалось установить, может ли в качестве компонента высокоэнтропийной фазы со структурой гексаферрита М-типа выступать цирконий. Второй состав позволил установить, можно ли в качестве таких компонентов совместно использовать олово и цинк (при этом предполагалось, что сочетание четырехвалентного олова и двухвалентного цинка позволит добиться взаимной компенсации зарядов ионов этих металлов, получив среднее значение +3). При исследовании третьего состава планировалось изучить возможности использования добавок легкоплавких компонентов (оксида бора и солей, образованных оксидом бора и щелочноземельными элементами) в процессе образования кристаллов высокоэнтропийной фазы. Исследование структуры и химического состава образцов систем Ba(Fe,Mn,Zr,Ga,Al)12O19, Ba(Fe,Sn,Zn,Ga,Al)12O19, (Ba,Sr)(Fe,Ga,In,Al)12O19/B2O3, полученных методом твердофазного синтеза, показало возможность образования высокоэнтропийных микрокристаллов со структурой гексаферрита М-типа при всех использованных температурах. В ходе проведенных работ установлено, что в составе высокоэнтропийной фазы MeR12O19 в роли компонентов R могут быть использованы Zr, Sn и Zn. Использование легкоплавкой добавки в составе шихты на основе оксида бора не привело к заметному улучшению результатов синтеза кристаллов (а кроме того, образец закономерно оказался загрязненным соединениями бора). Результаты РФА демонстрируют, что увеличение температуры синтеза (в нашем случае до 1400 °C) положительно сказывается на его результатах. Все эти факты следует учесть в ходе последующих экспериментов по созданию однофазных образцов, пригодных для исследования их характеристик.

Еще

Высокоэнтропийные оксидные фазы, гексаферриты м-типа, твердофазный синтез, экспериментальное исследование

Короткий адрес: https://sciup.org/147235338

IDR: 147235338 | DOI: 10.14529/chem210308

Список литературы Твердофазный синтез высокоэнтропийных кристаллов со структурой гексаферрита М-типа в системах Ba(Fe,Mn,Zr,Ga,Al)12O19, Ba(Fe,Sn,Zn,Ga,Al)12O19 и (Ba,Sr)(Fe,Ga,In,Al)12O19/B2O3

Tsau Ch.-H., Hwang Zh.-Y., Chen S.-K. The Microstructures and Electrical Resistivity of (Al,Cr,Ti)FeCoNiOx High-Entropy Alloy Oxide Thin Films. Advances in Materials Science and Engi-neering, 2015, pp. 1–6. DOI: 10.1155/2015/353140.
Bérardan D., Franger S., Dragoe D., Meena A.K., Dragoe N. Colossal Dielectric Constant in High Entropy Oxides. Rapid Research Letters, 2016, vol. 10, no. 4, pp. 328–333. DOI: 10.1002/pssr.201600043.
Berardan D., Franger S., Meena A.K., Dragoe N. Room Temperature Lithium Superionic Con-ductivity in High Entropy Oxide. Journal of Materials Chemistry A, 2016, vol. 4, pp. 9536–9541. DOI: 10.1039/C6TA03249D.
Rak Zs., Rost C.M., Lim M., Sarker P., Toher C., Curtarolo S., Maria J.-P., Brenner D.W. Charge Compensation and Electrostatic Transferability in Three Entropy-stabilized Oxides: Results from Densi-ty Functional Theory Calculations. Journal of Applied Physics, 2016, vol. 120, no. 9, 095105. DOI: 10.1063/1.4962135.
Sarkar A., Djenadic R., Usharani N.J., Sanghvi K.P., Chakravadhanula V.S.K., Gandhi A.S., Hahn H., Bhattacharya S.S. Nanocrystalline Multicomponent Entropy Stabilised Transition Metal Oxide. Journal of the European Ceramic Society, 2017, vol. 37, no. 2, pp. 747–754. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2016.09.018.
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, pp. 693–700. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.02.070.
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, vol. 5, pp. 102–109. DOI: 10.1080/21663831.2016.1220433.
Rost Ch.M., Rak Z., Brenner D.W., Maria J.-P. Local Structure of the MgxNixCoxCuxZnxO(x=0.2) Entropy-Stabilized Oxide: An EXAFS Study. Journal of the American Ceramic Society, 2017, vol. 100, no. 6, pp. 2732–2738. DOI: 10.1111/jace.14756.
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, pp. 12167–12176. DOI: 10.1039/C7DT02077E.
Dąbrowa J., Stygar M., Mikuła 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, pp. 32–36. DOI: 10.1016/j.matlet.2017.12.148.
Pu Y., Zhang Q., Li R., Chen M., Du X., Zhou S. Dielectric Properties and Electrocaloric Effect of High-Entropy (Na0.2Bi0.2Ba0.2Sr0.2Ca0.2)TiO3 Ceramic. Applied Physics Letters, 2019, vol. 115, no. 22, 223901. DOI: 10.1063/1.5126652.
Wang D., Jiang S., Duan C., Mao J., Dong Y., Dong K., Wang Z., Luo S., Liu Y., Qi X. Spinel-Structured High Entropy Oxide (FeCoNiCrMn)3O4 as Anode Towards Superior Lithium Storage Per-formance. Journal of Alloys and Compounds, 2020, vol. 844, 156158. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.156158.
Yang Q., Wang G., Wu H., Beshiwork B.A., Tian D., Zhu S., Yang Y., Lu X., Ding Y., Ling Y., Chen Y., Lin B. A High-Entropy Perovskite Cathode for Solid Oxide Fuel Cells. Journal of Alloys and Compounds, 2021, vol. 872, 159633. DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.159633.
Zhou L., Li F., Liu J.-X., Sun S.-K., Liang Y., Zhang G.-J. High-Entropy A2B2O7-Type Oxide Ceramics: A Potential Immobilising Matrix for High-Level Radioactive Waste. Journal of Hazardous Materials, 2021, vol. 415, 125596. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.125596.
Cong L., Zhang S., Gu S., Li W. Thermophysical Properties of a Novel High Entropy Hafnate Ceramic. Journal of Materials Science and Technology, 2021, vol. 85, pp. 152–157. DOI: 10.1016/j.jmst.2021.02.005.
Zaitseva О.V., Vinnik D.A., Trofimov E.A. The Poly-Substituted M-Type Hexaferrite Crystals Growth. Materials Science Forum, 2019, vol. 946, pp. 186–191. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.946.186.
Vinnik D.A., Trofimov E.A., Zhivulin V.E., Zaitseva O.V., Gudkova S.A., Starikov A. Yu., Zherebtsov D.A., Kirsanova A.A., Häßner M., Niewa R. High-Entropy Oxide Phases with Magnetop-lumbite Structure. Ceramics International, 2019, vol. 45, iss. 10, pp. 12942–12948. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.03.221.
Zaitseva O.V., Zhivulin V.E., Chernukha A.S. Preparation of Poly-substituted Crystals with M-type Hexa-ferrite Structure Using Melts of the BaO-PbO-SrO-CaO-ZnO-Fe2O3-Mn2O3-Al2O3 System. Solid State Phenomena, 2020, vol. 299, pp. 275–280. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.299.275.
Zhivulin V.E., Trofimov E.A., Starikov A.Y., Gudkova S.A., Punda A.Yu., 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, vol. 1014, no. 1, 012062. DOI: 10.1088/1757-899x/1014/1/012062.
Pullar R.C. Hexagonal Ferrites: A Review of the Synthesis, Properties and Applications of Hex-aferrite Ceramics. Progress in Materials Science, 2012, pp. 1191–1334. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2012.04.001.
Collomb A., Wolfers P., Obradors X. Neutron Diffraction Studies of Some Hexagonal Ferrites: BaFe12O19, BaMg2-W and BaCo2-W. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 1986, vol. 62, 57 p. DOI: 10.1016/0304-8853(86)90734-1.

Еще

Статья научная