Твердофазный синтез высокоэнтропийных кристаллов со структурой магнетоплюмбита в системе BaO–Fe2O3–TiO2–Al2O3–In2O3–Ga2O3–Cr2O3

Денис Александрович Винник, Евгений Алексеевич Трофимов, Владимир Евгеньевич Живулин, Ольга Владимировна Зайцева, Андрей Юрьевич Стариков, Татьяна Анатольевна Жильцова, Юлия Дмитриевна Савина, Светлана Александровна Гудкова, Дмитрий Анатольевич Жеребцов, Дарья Александровна Попова

Аннотация


Проводимая в рамках работ по изучению возможности получения поликомпонентных оксидных фаз, характеризующихся высоким значением конфигурационной энтропии смешения, настоящая работа направлена на исследование возможности получения методом твердофазного синтеза поликомпонентной фазы со структурой магнетоплюмбита в системе BaO–Fe2O3–TiO2–Al2O3–In2O3–Ga2O3–Cr2O3.

Шихта для синтеза образцов соответствовала формулам: BaFe2Ti2Al2In2Ga2Cr2O19, BaFe4Ti1,6Al1,6In1,6Ga1,6Cr1,6O19, BaFe6Ti1,2Al1,2In1,2Ga1,2Cr1,2O19.

Для экспериментов использовали следующие реактивы: BaCO3, Fe2O3, TiO2, In2O3, Cr2O3, Ga2O3, Al2O3 – с квалификацией не ниже, чем «ч.д.а.».

Исследование образцов, полученных спеканием предварительно измельчённой и тщательно перемешанной многокомпонентной шихты при 1350 °С в течение 5 часов в атмосфере воздуха, методами рентгеноспектрального микроанализа и рентгенофазового анализа продемонстрировало возможность образования микрокристаллов требуемого состава и структуры. Полученные данные показывают, что стабильная многокомпонентная кристаллическая структура типа магнетоплюмбита может быть получена в системе BaO–Fe2O3–TiO2–Al2O3–In2O3–Ga2O3–Cr2O3 даже в случае, если величина конфигурационной энтропии смешения в рамках подрешётки, образованной Fe, Ti, Al, In, Ga и Cr, несколько меньше 1,5R.

Средний состав высокоэнтропийных фаз в полученных образцах может быть описан формулами: BaFe2,70Ti0.67Al1,69In1,61Ga2,66Cr2.67O19, BaFe4,56Ti0.86Al1,66In1,27Ga1,94Cr1.71O19, BaFe6,06Ti1,08Al1,20In1,16Ga1,25Cr1,25O19.

Полученные данные свидетельствуют о том, что в условиях эксперимента заметная доля титана не переходит в состав высокоэнтропийной фазы. Это необходимо учесть в ходе последующих экспериментальных работ по созданию гомогенных образцов синтезированных фаз, необходимых для исследования их электрических и магнитных характеристик.

Ключевые слова


высокоэнтропийные оксиды; состав; структура магнетоплюмбита; твердофазный синтез

Полный текст:

PDF

Литература


Gao M.C., Yeh J.-W., Liaw P.K., Zhang Y. High-Entropy Alloys. Fundamentals and Applica-tions. Springer International Publishing, Switzerland, 2016, 524 p.

Pogrebnyak A.D., Bagdasaryan A.A., Yakushchenko I.V., Beresnev V.M. The Structure and Properties of High-Entropy Alloys and Nitride Coatings Based on Them. Russian Chemical Reviews, 2014, vol. 83, is. 11, pp. 1027–1061(in Russ).

Rost Christina M., Sachet Edward, Borman Trent, Moballegh Ali, Dickey Elizabeth C., Hou Dong, Jones Jacob L., Curtarolo Stefano, Maria Jon-Paul [Entropy-Stabilized Oxides]. Nature Commu-nications, 2015, vol. 6, no. 8485. DOI: 10.1038/ncomms9485.

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.

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., Franger S., Meena A.K., Dragoe N. [Room Temperature Lithium Superionic Conductivity 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 Density Functional Theory Calculations. Journal of Applied Physics, 2016, vol. 120, no. 9. DOI: 10.1063/1.4962135.

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.

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.

Sarkar A., Loho C., Velasco L., Thomas T., Bhattacharya S.S., Hahn H., Djenadic R.R. [Multicomponent Equiatomic Rare Earth Oxides with Narrow Band Gap and Associated Praseodymium Multivalency]. Dalton Trans, 2017, pp. 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, vol. 5, pp. 102–109. DOI: 10.1080/21663831.2016.1220433.

Lin M.-I., Tsai M.-H., Shen W.-J., Yeh J.-W. Evolution of Structure and Properties of Multi-Component (AlCrTaTiZr)Ox Films. Thin Solid Films, 2010, pp. 2732–2737. DOI: 10.1016/j.tsf.2009.10.142.

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, 6 p. DOI: 10.1155/2015/353140.

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.

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. ScriptaMaterialia, 2018, pp. 116–120. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2017.08.040.

Sarkar A., Djenadic R., Wang D., Hein Ch., Kautenburger R., Clemens O., Hahn H. Rare Earth and Transition Metal Based Entropy Stabilized Perovskite Type Oxides. Journal of the European Ceramic Society, 2018, vol. 38, no. 5, pp. 2318–2327. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2017.12.058.

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., Zhivulin V., Trofimov E., Starikov E, Zherebtsov D., Zaitseva O., Gudkova S., Klygach D., Vakhitov M., Taskaev S., Sander E., Sherstyuk D., Trukhanov A. Extremely Polysubstituted Magnetic Material Based on Magnetoplumbite with a Hexagonal Structure: Synthesis, Structure, Properties, Prospects. Nanomaterials, 2019, vol. 9, no. 4, 559. DOI: 10.3390/nano9040559

Vinnik D.A., Trofimov E.A., Zhivulin V.E., Zaitseva O.V., Gudkova S.A., Yu Starikov A., Zherebtsov D.A., Kirsanova A.A., Häßner M., Niewa R. High-Entropy Oxide Phases with Magnetoplumbite Structure. Ceramics International, 2019, vol. 45, issue 10, pp. 12942–12948. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.03.221.

Pullar R.C. [Hexagonal Ferrites: A Review of the Synthesis, Properties and Applications of Hexaferrite Ceramics]. Progress in Materials Science, 2012, pp. 1191–1334. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2012.04.001.

Vinnik D.A., Ustinova I.A., Ustinov A.B., Gudkova S.A., Zherebtsov D.A., Trofimov E.A., Zabeivorota N.S., Mikhailov G.G., Niewa R. [Millimeter-Wave Characterization of Aluminum Substi-tuted Barium Lead Hexaferrite Single Crystals Grown from PbO–B2O3 Flux]. Ceramics International, 2017, vol. 17, pp. 15800–15804. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.08.145


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.