Исследование влияния примесей ниобия и тантала на
advertisement
Исследование влияния примесей ниобия и тантала на полиморфизм вольфрамата висмута Маслов Антон Научный руководитель: с.н.с., к.ф.м.н., Харитонова Е.П Вольфрамат висмута Bi2WO6 Особые физические свойства: сегнетоэлектрические, пьезоэлектрические кислородпроводящие, каталитические. Bi2O2 WO6 Имеет при комнатной температуре ромбическую полярную структуру с пространственной группой Pca21 с параметрами ячейки a=5.49048 Å, b=16.52318 Å и c=5.52278 Å . Структура Bi2WO6 Вольфрамат висмута • Обладает сложным полиморфизмом. (P21 ab) ' ' ' (B2ab) ' ' (Fmmm) ** ' (P21 /c) 640 C 930 C ~960 C • Влияние примесей на фазовые переходы изучено не было. Цель работы Изучение фазообразования твердых растворов на основе вольфрамата висмута с замещением вольфрама ниобием и танталом. Исследование влияния примесей Nb и Ta на полиморфизм вольфрамата висмута. Синтез кристаллов вольфрамата висмута, легированных танталом. Методика эксперимента • Рентгенофазовый анализ (дифрактометр ДРОН 2.0, CuK-излучение). • Дифференциальная сканирующая калориметрия (NETZSCH STA 449C, скорость нагрева-охлаждения 10К/мин). • Выращивание монокристаллов (Bi2W1xTaxO6-y) методом спонтанной кристаллизации из раствора в расплаве. Рентгеновский фазовый анализ Bi2W1-xTaxO6-y Bi2W1-xNbxO6-y Bi2W1-xNbxO6 Bi2W1-xTaxO6 x=0 x=0 x = 0.02 x = 0.05 x = 0.10 x = 0.15 x=0.20 x=0.25 x=0.30 x=0.40 x=0.50 x=0.60 x=0.80 x=1.00 x=0.02 x=0.05 x=0.10 x=0.15 x=0.20 x=0.25 x=0.30 x=0.40 x=0.50 x=0.60 x=0.80 x=1.00 10 20 30 40 o 2q 50 60 10 20 30 40 50 60 o 2q Рентгеновские порошковые дифрактограммы образцов в системах Bi2W1-xNbxO6-y и Bi2W1-xTaxO6-y . Определение границы твердых растворов Bi2W 1-xNbxO6 0.2 Охлаждение 0.1 x=0.15 ДСК, мкВ/мг ДСК, мкВ/мг Охлаждение DSC(µV/mg) Bi2W 1-xTaxO6 0.2 0.1 x=0.15 x=0.2 x=0.2 x=0.25 x=0.25 0.0 400 600 800 oC T,T,°C 0.0 400 600 T, oC 800 Кривые ДСК образцов Bi2W1-xNbxO6-y и Bi2W1-xTaxO6-y с содержанием примеси х = 0.15, 0.2, 0.25. Параметры элементарной ячейки a, b, c (Å) a, b, c (Å) 16.49 16.48 16.48 16.47 b 16.46 b 16.47 16.46 16.45 16.45 16.44 16.44 16.43 c 16.42 5.48 16.43 5.48 c 5.46 5.46 a 5.44 5.42 0.00 0.05 0.10 x 0.15 5.44 a 5.42 0.00 0.05 0.10 x 0.15 0.20 Концентрационная зависимость параметров элементарной ячейки твердых растворов в системах Bi2W1-xNbxO6-y и Bi2W1-xTaxO6-y. Фазовые переходы DSC /(uV/mg) exo 0.8 [8.1] [6.1] 0.6 [7.1] [9.1] 0.4 [5.1] реконструктивный переход 0.2 Bi2W1-xNbxO6-y x = 0 x = 0.02 x = 0.05 x = 0.10 x = 0.15 0.0 -0.2 800 Administrator 2012-04-10 22:02 [#] Instru... [5.1] STA 4... [6.1] STA 4... [7.1] STA 4... [8.1] STA 4... [9.1] STA 4... 850 плавление 900 950 1000 Temperature /°C 1050 1100 1150 Main File 100BW-0BM-cer1-Olya-05-03-07_30-1150C-30_N2-0-0_10Kmin_Al2O3Pt ins... BW10Nb-cer3-23-09-2011_30-1150-30-1step_10kmin_N2-0-0_Al2O3-Pt insid... BW5Nb-cer2-23-09-2011_30-1150-30-1step_10kmin_N2-0-0_Al2O3-Pt inside... BW2Nb-cer1-23-09-2011_30-1240-30-1step_10kmin_N2-0-0_Al2O3-Pt inside... BW15Nb-cer4-23-09-2011_30-1020-30-1step_10kmin_N2-0-0_Al2O3-Pt insid... Identity 100BW-0BM-cer1-... BW10Nb-cer3-23-0... BW5Nb-cer2-23-09... BW2Nb-cer1-23-09... BW15Nb-cer4-23-0... Sample 100BW-0BM-cer1-... BW10Nb-cer3-23-0... BW5Nb-cer2-23-09... BW2Nb-cer1-23-09... BW15Nb-cer4-23-0... Date 2009-1... 2011-1... 2011-1... 2011-1... 2011-1... Mas... 56.0... 77.0... 72.0... 60.0... 133.... S... 1... 1... 1... 1... 1... Range 35.0/10.0(K/min)/... 25.0/10.0(K/min)/... 25.0/10.0(K/min)/... 25.0/10.0(K/min)/... 25.0/10.0(K/min)/... Atmosphere C... -... -... -... -... -... Кривые ДСК образцов Bi2W1-xNbxO6-y с содержанием примеси х = 0, 0.02, 0.05, 0.10, 0.15. Фазовые переходы DSC /(uV/mg) exo 1.2 [4.1] 1.0 0.8 [1.1] 0.6 [3.1] [2.1] 0.4 [5.1] Bi2W1-xTaxO6-y x = 0 x = 0.02 x = 0.05 x = 0.10 x = 0.15 0.2 0.0 -0.2 700 Administrator 2012-04-10 21:25 [#] Instru... [1.1] STA 4... [2.1] STA 4... [3.1] STA 4... [4.1] STA 4... [5.1] STA 4... 750 реконструктивный переход 800 850 900 плавление 950 1000 Temperature /°C 1050 1100 Main File BW2Ta-cer1-23-09-2011_30-1150-30-1step_10kmin_N2-0-0_Al2O3-Pt inside... BW15Ta-cer4-23-09-2011_30-1150-30-1step_10kmin_N2-0-0_Al2O3-Pt insid... BW10Ta-cer3-23-09-2011_30-1150-30-1step_10kmin_N2-0-0_Al2O3-Pt insid... BW5Ta-cer2-23-09-2011_30-1150-30-1step_10kmin_N2-0-0_Al2O3-Pt inside... 100BW-0BM-cer1-Olya-05-03-07_30-1150C-30_N2-0-0_10Kmin_Al2O3Pt insi... Identity BW2Ta-cer1-23-09-... BW15Ta-cer4-23-0... BW10Ta-cer3-23-0... BW5Ta-cer2-23-09-... 100BW-0BM-cer1-... Sample BW2Ta-cer1-23-09-... BW15Ta-cer4-23-0... BW10Ta-cer3-23-0... BW5Ta-cer2-23-09-... 100BW-0BM-cer1-... Date 2011-1... 2011-1... 2011-1... 2011-1... 2009-1... Ma... 71.... 77.... 81.... 43.... 56.... S... 1... 1... 1... 1... 1... Range 25.0/10.0(K/min)/... 30.0/10.0(K/min)/... 30.0/10.0(K/min)/... 30.0/10.0(K/min)/... 35.0/10.0(K/min)/... Atmosphere C... -... -... -... -... -... Кривые ДСК образцов Bi2W1-xTaxO6-y с содержанием примеси х = 0, 0.02, 0.05, 0.10, 0.15. Выводы Была установлена граница твердых растворов в системах Bi2W1-xNbxO6-y и Bi2W1-xTaxO6-y, которая составляла соответственно x=0.10 и х=0.15. Обнаружено, что синтезированные соединения сохраняют ромбическую симметрию во всей области концентраций ниобия и тантала. Установлено, что повышение содержания примеси в системах приводит к росту температуры реконструктивного фазового перехода и его исчезновению. В системе Bi2W1xNbxO6-y реконструктивный фазовый переход исчезает при х=0.05, а в системе Bi2W1-xTaxO6-y при х=0.10. Был синтезирован монокристалл Bi2W1-xTaxO6-y при содержании Ta в исходном расплаве 2 мол.%. Введение тантала приводит к сильному уменьшению размера монокристаллов.
