Влияние катионного замещения на полиморфные переходы в пиростаннате висмута Bi 2Sn 2O 7

Автор: Удод Л.В., Ситников М.Н.

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau

Рубрика: Технологические процессы и материалы

Статья в выпуске: 4 т.16, 2015 года.

Бесплатный доступ

Рассмотрена разработка технологии новых сенсорных материалов, необходимых для газочувствительных приборов, применяемых в ракетостроении. Целью данной работы является изучение влияния допирования разновалентными катионами на кристаллографическую структуру, диэлектрические и электрические свойства пирохлорного соединения Bi 2Sn 2O 7, обладающего селективной избирательностью к газам. Методом твердофазного синтеза впервые синтезированы соединения Bi 2(Sn 1-xMe x) 2O 7, где Me = Mn, Cr, x = 0, 0,05, находящиеся сразу в двух полиморфных модификациях - орторомбической и кубической. В твердых растворах Bi 2(Sn 0,95Cr 0,05) 2O 7 методом сканирующей калориметрии обнаружено два новых структурных перехода, по сравнению со станнатом висмута Bi 2Sn 2O 7. Ионы Mn 4+ сместили фазовые границы полиморфных переходов в сторону меньших температур, а фазовый α→β-переход около 370 К, характерный для Bi 2(Sn 1-xCr x) 2O 7, где x = 0, 0,05, подавили почти полностью. Полиморфный переход при Т = 543 К для Bi 2(Sn 0,95Mn 0,05) 2O 7 протекает с выделением тепла, в отличие от Bi 2(Sn 1-xCr x) 2O 7, где x = 0, 0,05. Исследована взаимосвязь структурных, электрических и диэлектрических свойств. Установлены аномалии в температурной зависимости электросопротивления и диэлектрической проницаемости (мнимой и реальной частями) как в области низких температур, так и при высоких температурах. Эти особенности объясняются в рамках модели мартенситных фазовых переходов. Методом сканирующей калориметрии найдены температуры структурных фазовых переходов, которые коррелируют с аномалиями электросопротивления в интервале температур 300 2(Sn 1-xCr x) 2O 7, х = 0, 0,05.

Еще

Полиморфные переходы, диэлектрическая проницаемость, электросопротивление, катионное замещение, дифференциальная сканирующая калориметрия

Короткий адрес: https://sciup.org/148177521

IDR: 148177521

Список литературы Влияние катионного замещения на полиморфные переходы в пиростаннате висмута Bi 2Sn 2O 7

Sarala Devi G., Manoraoma S. V., Rao V. J. SnO2: Bi2O3 based CO sensors: Laser-Raman, temperature programmed desoption and X-ray photoelectron spectroscopic studies//Sensors and Actuators B. 1999. Vol. 56. P. 98-105.
Semiconductor Sensors in Physico-Chemical Studies/L. Yu. Kupriyanov (еd.). Handbook of Sensors and Actuators Series. M., 1999. 234 p.
Chemical Sensors Technology/T. Selyama (еd.). Amsterdam: Kodansha Elsevier, Publ., 1998. 459 p.
Ling H. C., Yan M. F., Rhodes W. W. High dielectric constant and smoll temperature coefficient bismuth-based dielectric compositions//J. Mater. Res. 1990. Vol. 5(8). P. 1752-1762.
Brisse F., Knor O. Pyrochlores. III. X-Ray, neutron, infrared, and dielectric studies of A2Sn2O7 stannates//Can. J. Chem. 1968. Vol. 46. P. 859-873.
Minervini L., Grimes R. W., Sickafus K. E. Disorder in Pyrochlore Oxides//J. Am. Ceram. Soc. 2000. Vol. 83(8). P. 1873-1878.
Brown S., Gupta H. C. Lattice dynamic study of optical modes in Tl2Mn2O7 and In2Mn2O7 pyrochlores//Phys. Rev. B. 2004. Vol. 69. P. 054434-6.
Walsh A. and Watson. W. G. Polymorphism in Bismuth Stannate: A First-Principles Study//Chem. Mater. 2007. Vol. 19. P. 5158-5164.
Диэлектрические и электрические свойства полиморфного пиростанната висмута Bi2Sn2O7/Л. В. Удод //ФТТ. 2014. Т. 56. С. 1267-1271.
Effect of Ni-substitution on magnetic phase transition in CuB2O4/G. A. Petrakovskii //JMMM. 2006. Vol. 300. P. e476-e478.
Effect of Substitution on the Magnetic Properties of CuB2O4/G. A. Petrakovskii //The Physics of Metals and Metallography. 2005. Vol. 99(1). P. S53-S56.
Корреляция магнитных и транспортных свойств с полиморфными переходами в пиростаннате висмута Bi2(Sn1-xCrx)2O7/С. С. Аплеснин //ФТТ. 2015. Т. 57. C. 1590-1595.
Effect of Mn Doping on Magnetic and Dielectric Properties of Bi2Sn2O7/L. V. Udod //Solid State Phenomena. 2015. Vol. 233-234. P. 105-108.
Тумаев Е. Н., Авадов К. С. Оптические свойства ионов трехвалентного хрома в кристалле LiNbO3//ФТТ. 2011. Т. 53. С. 518-523.
Yang Z. Y., Rudowicz C., Qin J. The effect of disorder in the local lattice distortions on the EPR and optical spectroscopy parameters for a new Cr3+ defect center in Cr3+: Mg2+: LiNbO3//Physica B. 2002. Vol. 318(2-3). P. 188-197.
Huiling Du, Xi Yao, Liangying Zhang. Structure, IR spectra and dielectric properties of Bi2O3-ZnO-SnO2-Nb2O5 quarternary pyrochlore//Ceramics International. 2002. Vol. 28. P. 231-234.
Electrical and Dielectrical Propeties of Gas-Sensor Resistive Type Bi2Sn2O7/L. V. Udod //Solid State Phenomena. 2014. Vol. 215. P. 503-506.
Large magnetoresistance in single-crystalline Ni50Mn50-xInx alloys (x = 14-16) upon martensitic transformation/S. Y. Yu //Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 89. P. 162503-3.
Large magnetoresistance in Ni50Mn34In16 alloy/V. R. Sharma //Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 89. P. 222509-3.
Martensitic accommodation strain and the metal-insulator transition in manganites/V. Podzorov //Phys. Rev. B. 2001. Vol. 64. P. 140406(R).
Shannon R. D., Beirlein J. D., Gillon J. L. Polymorphism in Bi2Sn2O7//J. Phys. Chem. Solids. 1980. Vol. 41. P. 117-122.
Walsh Aron, Graeme W. Watson, David J. Payne. A theoretical and experimental study of the distorted pyrochlore Bi2Sn2O7//J. Mater. Chem. 2006. Vol. 16. P. 3452-3458.
Jenlrzejewska I., Mroziski J., Zajdel P. X-Ray and magnetic investigations of the polycrystalline compounds with general formula ZnxSnyCrzSe4//Archives of Metallurgy and Materials. 2009. Vol. 54. P. 723-730.
Weiss A., Witte H. Kristallstrukture und chemische Bindung. Weinheim: Verlag Chemie, 1983.
Pandit A. A., More S. S., Dorik R. G. Structural and magnetic properties of Co1+ySnyFe2-2y-xCrxO4 ferrite system//Bull. Mater. Sci., 2003. Vol. 26. P. 517-521.
Sarala Devi G., Manoraoma S. V., Rao V. J. SnO2: Bi2O3 based CO sensors: Laser-Raman, temperature programmed desoption and X-ray photoelectron spectroscopic studies. Sensors and Actuators B. 1999, Vol. 56, P. 98-105.
Kupriyanov L. Yu. (Ed.). Semiconductor Sensors in Physico-Chemical Studies Handbook of Sensors and Actuators Series, Moscow, 1999, 234 p.
Selyama T. (Ed.). Chemical Sensors Technology. Amsterdam: Kodansha Elsevier, Publ., 1998, 459 p.
Ling H. C., Yan M. F., Rhodes W. W. High dielectric constant and smoll temperature coefficient bismuth-based dielectric compositions. J. Mater. Res. 1990, Vol. 5(8), P. 1752-1762.
Brisse F., Knor O. Pyrochlores. III. X-Ray, neutron, infrared, and dielectric studies of A2Sn2O7 stannates. Can. J. Chem. 1968, Vol. 46, P. 859-873.
Minervini L., Grimes R. W., Sickafus K. E. Disorder in Pyrochlore Oxides. J. Am. Ceram. Soc. 2000, Vol. 83(8), P. 1873-1878.
Brown S., Gupta H. C. Lattice dynamic study of optical modes in Tl2Mn2O7 and In2Mn2O7 pyrochlores. Phys. Rev. B 2004, Vol. 69, P. 054434-6.
Walsh A. and Watson. W. G. Polymorphism in Bismuth Stannate: A First-Principles Study. Chem. Mater. 2007, Vol. 19. P. 5158-5164.
Udod L. V., Aplesnin S. S., Sitnikov M. N., Molokeev M. S. Dielectric and Electrical Properties of Polymorphic Bismuth Pyrostanate Bi2Sn2O7. Physics
of the Solid State. 2014, Vol. 56, P. 1315-1319.
Petrakovskii G. A., Sablina K. A., Udod L. V. Pankrats A. I., Velikanov D. A., Szymczak R., Baran M., Bondarenko G. V. Effect of Ni-substitution on magnetic phase transition in CuB2O4. JMMM. 2006, Vol. 300, P. e476-e478.
Petrakovskii G. A., Sablina K. A., Udod L. V. et al. Effect of Substitution on the Magnetic Properties of CuB2O4. The Physics of Metals and Metallography. 2005, Vol. 99(1), P. S53-S56.
Aplesnin S. S., Udod L. V., Sitnikov М. N. et al. . Fizika Tverdogo Tela. 2015, Vol. 57, P. 1590-1595 (In Russ.).
Udod L. V., Aplesnin S. S., Eremin E. V., Sitnikov M. N., Molokeev M. S. Effect of Mn Doping on Magnetic and Dielectric Properties of Bi2Sn2O7. Solid State Phenomena. 2015, Vol. 233-234, P. 105-108.
Tumaev E. N., Avadov K. S. . Fizika Tverdogo Tela. 2011, Vol. 53, P. 518-523 (In Russ.).
Yang Z. Y., Rudowicz C., Qin J. The effect of disorder in the local lattice distortions on the EPR and optical spectroscopy parameters for a new Cr3+ defect center in Cr3+: Mg2+: LiNbO3. Physica B. 2002, Vol. 318(2-3), P. 188-197.
Huiling Du, Xi Yao, Liangying Zhang. Structure, IR spectra and dielectric properties of Bi2O3-ZnO-SnO2-Nb2O5 quarternary pyrochlore. Ceramics International. 2002, Vol. 28, P. 231-234.
Udod L. V., Sitnikov M. N., Aplesnin S. S., Molokeev M. S. Electrical and Dielectrical Propeties of Gas-Sensor Resistive Type Bi2Sn2O7. Solid State Phenomena. 2014, Vol. 215, P. 503-506.
Yu S. Y., Liu Z. H., Liu G. D., Chen J. L., Cao Z. X., Wu G. H., Zhang B., Zhang X. X. Large magnetoresistance in single-crystalline Ni50Mn50-xInx alloys (x = 14-16) upon martensitic transformation. Appl. Phys. Lett. 2006, Vol. 89, P.162503-3.
Sharma V. R., Chattopadhyay M. R., Shaeb R. Y. B., Chouhan A., Roy S. B. Large magnetoresistance in Ni50Mn34In16 alloy. Appl. Phys. Lett. 2006, Vol. 89,
P. 222509-3.
Podzorov V., Kim B. G., Kiryukhin V., Gershenson M. E., Cheong S.-W. Martensitic accommodation strain and the metal-insulator transition in manganites. Phys. Rev. B. 2001, Vol. 64, P. 140406(R).
Shannon R. D., Beirlein J. D., Gillon J. L. Polymorphism in Bi2Sn2O7. J. Phys. Chem. Solids. 1980, Vol. 41, P. 117-122.
Aron Walsh, Graeme W. Watson, David J. Payne. A theoretical and experimental study of the distorted pyrochlore Bi2Sn2O7. J. Mater. Chem. 2006, Vol. 16,
P. 3452-3458.
Jenlrzejewska I., Mroziski J., Zajdel P. X-Ray and magnetic investigations of the polycrystalline compounds with general formula ZnxSnyCrzSe4. Archives of Metallurgy and Materials, 2009, Vol. 54, P. 723-730.
Weiss A., Witte H. Kristallstrukture und chemische Bindung. Verlag Chemie, Weinheim, 1983.
Pandit A. A., More S. S., Dorik R. G. Structural and magnetic properties of Co1+ySnyFe2-2y-xCrxO4 ferrite system. Bull. Mater. Sci. 2003, Vol. 26, P. 517-521.

Еще

Статья научная