Методом твердофазной реакции впервые синтезированы керамические образцы состава Bi2ZnxMn1–xTa2O9,5–?. Установлено, что образцы содержат основную фазу кубического пирохлора (пр. гр. Fd-3m) и примесь BiTaO4 триклинной модификации (пр. гр. P-1), количество которой пропорционально содержанию марганца в образцах. Образование примеси связано с распределением части ионов переходных элементов в катионную подрешетку висмута (III). Параметр элементарной ячейки фазы пирохлора увеличивается с ростом содержания ионов цинка
в образцах от 10,4895(5) (х = 0,3) до 10,5325(5) ? (х = 0,7), подчиняясь правилу Вегарда. Показано, что предотвратить образование примеси в образцах можно путем создания дефицита ионов висмута в висмутовой подрешетке на величину, пропорциональную содержанию ?-BiTaO4. Таким способом синтезированы однофазные пирохлоры Bi2–yZnxMn1–xTa2O9,5–?, параметр которых увеличивается с ростом содержания ионов цинка в образцах от 10,4764(5) (х = 0,3) до 10,5122(5) ? (х = 0,7). По данным сканирующей микроскопии образцы керамики характеризуются малопористой микроструктурой с неявными очертаниями границ зерен. С увеличением содержания цинка в образцах пористость препаратов уменьшается. Препараты с дефицитной подрешеткой висмута характеризуются более пористой микроструктурой за счет уменьшения содержания легкоплавкого компонента реакционной смеси – оксида висмута (III).
Дарья Сергеевна Чиркова – бакалавр кафедры химии, Сыктывкарский государственный университет, Сыктывкар, Россия
Роман Иванович Королев – ст. преподаватель кафедры радиофизики и электроники, Сыктывкарский государственный университет, Сыктывкар, Россия
Борис Александрович Макеев – канд. геол.-минерал. наук, науч. сотрудник лаборатории структурной и морфологической кристаллографии, Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, Россия
Надежда Алексеевна Жук – канд. хим. наук, доцент, ст. науч. сотрудник лаборатории керамического материаловедения, Сыктывкарский государственный университет, Сыктывкар, Россия
1. Du. H., Yao X. Structural trends and dielectric properties of Bi-based pyrochlores // J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2004. V. 15. P. 613 – 616.
2. Khaw C. C., Tan K. B., Lee C. K. High temperature dielectric properties of cubic bismuth zinc tantalate // Ceram. Intern. 2009. V. 35, No. 4. P. 1473 – 1480.
3. Hiroi Z., Yamaura J.-I., Yonezawa S., Harima H. Chemical trends of superconducting properties in pyrochlore oxides // Physica C: Superconductivity and Appl. 2007. No. 460 – 462. P. 20 – 27.
4. Bongers P. F., Van Meurs E. R. Ferromagnetism in compounds with pyrochlore structure // J. Appl. Phys. 1967. V. 38. P. 944–945.
5. Subramanian M. A., Aravamudan G., Subba Rao G. V. Oxide pyrochlores – a review // Prog. Solid State Chem. 1983. V. 15, No. 2. P. 55 – 143.
6. McCauley R. A. Structural characteristics of pyrochlore formation // J. Appl. Phys. 1980. V. 51, No. 1. P. 290 – 294.
7. Vanderah T. A., Siegrist T., Lufaso M. W., et al. Phase formation and properties in the system Bi2O3:2CoO1+x:Nb2O5 // Eur. J. Inorgan. Chem. 2006. V. 2006, Is. 23. P. 4908 – 4914.
8. Vanderah T. A., Lufaso M. W., Adler A. U., et al. Subsolidus phase equilibria and properties in the system Bi2O3:Mn2O3 ± x:Nb2O5 // J. Sol. St. Chem. 2006. V. 179, No. 11. P. 3467 – 3477.
9. Zhuk N. A., Krzhizhanovskaya M. G., Sekushin N. A., et al. Crystal structure, dielectric and thermal properties of cobalt doped bismuth tantalate pyrochlore // J. Mater. Res. Technol. 2023. V. 22. P. 1791 – 1799.
10. Khaw C. C., Tan K. B., Lee C. K., West A. R. Phase equilibria and electrical properties of pyrochlore and zirconolite phases in the Bi2O3–ZnO–Ta2O5 system // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. V. 32. P. 671 – 680.
11. Kamba S., Porokhonskyy V., Pashkin A., et al. Anomalous broad dielectric relaxation in Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7 pyrochlore // Phys. Rev. B. 2002. V. 66. Р. 054106.
12. Zhuk N. A., Krzhizhanovskaya M. G., Koro-leva A. V., et al. Spectroscopic characterization of cobalt doped bismuth tantalate pyrochlore // Sol. St. Sci. 2022. V. 125. P. 106820.
13. Jusoh F. A., Tan K. B., Zainal Z., et al. Novel pyrochlores in the Bi2O3–Fe2O3–Ta2O5 (BFT) ternary system: synthesis, structural and electrical properties // J. Mater. Res. Techn. 2020. V. 9. P. 11022 – 11034.
14. Chon M. P., Tan K. B., Khaw C. C., et al. Subsolidus phase equilibria and electrical properties of pyrochlores in the Bi2O3–CuO–Ta2O5 ternary system // J. Alloys Comp. 2016. V. 675. P. 116 – 127.
15. Youn H.-J., Sogabe T., Randall C. A., et al. Phase relations and dielectric properties in the Bi2O3–ZnO–Ta2O5 system // J. Am. Ceram. Soc. 2001. V. 84. Р. 2557 – 2562.
16. Zhuk N. A., Krzhizhanovskaya M. G., Koroleva A. V., et al. Thermal Expansion, XPS Spectra, and Structural and Electrical Properties of a New Bi2NiTa2O9 Pyrochlore // Inorgan. Chem. 2021. V. 60, No. 7. P. 4924 – 4934.
17. Ismunandar T., Kamiyama K., Oikawa A., et al. Static bismuth disorder in Bi2?x(CrTa)O7?y // Mater. Res. Bull. 2004. V. 39. Р. 553 – 560.
18. Zhuk N. A., Sekushin N. A., Krzhizhanovskaya M. G., et al. Сr-doped bismuth tantalate pyrochlore: electrical and thermal properties, crystal structure and ESR, NEXAFS, XPS spectroscopy // Mater. Res. Bull. 2023. V. 158. Р. 112067.
19. Zhuk N. A., Sekushin V. G., Semenov A. V., et al. Dielectric properties. M?ssbauer study. ESR spectra of Bi2FeTa2O9.5 with pyrochlore structure // J. Alloys Comps. 2022. V. 903. Р. 163928.
20. Zhuk N. A., Krzhizhanovskaya M. G., Belyy V. A., et al. Phase transformations and thermal expansion of ?- and ?-BiTaO4 and the high-temperature modification ?-BiTaO4 // Chem. Mater. 2020. V. 32, No. 13. P. 5493 – 5501.
21. Shannon R. D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides // Acta Crystallogr. А. 1976. V. 32. Р. 751 – 767.
22.Khaw C. C., Tan K. B., Lee C. K., West A. R. Phase equilibria and electrical properties of pyrochlore and zirconolite phases in the Bi2O3–ZnO–Ta2O5 system // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. V. 32. Р. 671 – 680.
Статью можно приобрести
в электронном виде!
PDF формат
500 руб
DOI: 10.14489/glc.2024.09.pp.020-027
Тип статьи:
Научная статья
Оформить заявку
