Синтез и кристаллохимический анализ фаз в системе Mg-Al-Zn
- Авторлар: 1, 1, 1
-
Мекемелер:
- Самарский государственный технический университет
- Шығарылым: Том 1 (2023)
- Беттер: 224-225
- Бөлім: Химия
- URL: https://journals.eco-vector.com/osnk-sr2023/article/view/430236
- ID: 430236
Дәйексөз келтіру
Толық мәтін
Аннотация
Обоснование. Интерметаллические соединения представляют собой большой и очень важный класс современных материалов. Поэтому, интерметаллические соединения находят практическое применение в промышленности и имеют огромное значение в нашей повседневной жизни. Малоизученная природа металлической связи и типы химических реакций образования в интерметаллических соединениях не позволяют прогнозировать результирующие кристаллические структуры и взаимосвязь между кристаллической структурой и свойствами. Одним из возможных способов получить более глубокое представление
о взаимосвязи структуры и свойств является систематизация и классификация множества известных структурных схем.
Цель — провести кристаллохимический анализ фаз системы Mg-Al-Zn и осуществить их синтез.
Методы. Метод нанокластеров основан на нескольких принципах, которые имеют четкий физический смысл и описаны в научной работе [1–3]. Основная концепция определения состава и строения нанокластеров основано на следующих правилах:
1) структура состоит из многослойных оболочек, похожих на первичные кластеры; каркас оболочки имитирует рост наночастиц из затравки; затравкой может быть как отдельный атом, так и простой нецентрированный кластер, такой как тетраэдр, октаэдр или икосаэдр;
2) центры первичных нанокластеров занимают наиболее симметричные положения структуры. Это условие предполагает, что процессы предварительной зарождения приводят к появлению высокосимметричных локальных областей (фундаментальных конфигураций [2]), которые имеют тенденцию сохраняться в кристалле;
3) первичные нанокластеры не проникают друг в друга, т. е. не имеют общих внутренних атомов, но могут пересекаться друг с другом, т.е. иметь общие атомы в своих внешних оболочках;
4) первичные нанокластеры, как правило, включают в себя все атомы структуры. Если есть атомы, не принадлежащие к первичным нанокластерам, следует выбрать другое наиболее симметричное положение и включить в модель еще один вид нанокластера до тех пор, пока не будет выполнено условие. Пример, рис. 1.
Рис. 1. Нанокластерное моделирование структуры Mg17Al12. Из ансамбля однооболочечных нанокластеров (1@16; 0@8)
Механохимический синтез интерметаллида был проведен в атмосфере аргона. В течение 12 ч (5 циклов по 3 ч с продувкой Ar между циклами) со скоростью 400 об/мин.
Результаты. Для каждой структуры системы проведен расчет геометрико-топологических параметров, предложен способ сборки интерметаллических структур путем нанокластерного моделирования. Определены локальные атомные конфигурации характерные для изучаемого состава.
Выводы. Проведен поиск структур состава Mg-Al-Zn по базе данных ICSD. Отобрано 16 бинарных соединений, из которых 9 фаз Mg-Zn, 7 фаз Mg-Al. Фаз состава Zn-Al не обнаружено. Определены возможные строительные блоки (нанокластеры) изучаемых структур. Наиболее встречаемые обладают 12-, 14-, 16-, 8-атомным ядром, среди которых кластер Маккея, Бергмана и многогранник Фриауфа. Проведена классификация отобранных соединений по топологическому типу. Определено 14 топологических типов, среди которых присутствуют следующие структурные типы: фаза Лавеса, ГЦК решетка, α-марганец. Определили локальные атомные конфигурации системы Mg-Al-Zn, для изучаемого состава превалирует икосаэдрическая форма многогранника. Окружение по форме гексагонального кубооктаэдра для данной системы не характерно. Механохимическим методом в атмосфере аргона синтезирован интерметаллид Mg17Al12.
Негізгі сөздер
Толық мәтін
Обоснование. Интерметаллические соединения представляют собой большой и очень важный класс современных материалов. Поэтому, интерметаллические соединения находят практическое применение в промышленности и имеют огромное значение в нашей повседневной жизни. Малоизученная природа металлической связи и типы химических реакций образования в интерметаллических соединениях не позволяют прогнозировать результирующие кристаллические структуры и взаимосвязь между кристаллической структурой и свойствами. Одним из возможных способов получить более глубокое представление
о взаимосвязи структуры и свойств является систематизация и классификация множества известных структурных схем.
Цель — провести кристаллохимический анализ фаз системы Mg-Al-Zn и осуществить их синтез.
Методы. Метод нанокластеров основан на нескольких принципах, которые имеют четкий физический смысл и описаны в научной работе [1–3]. Основная концепция определения состава и строения нанокластеров основано на следующих правилах:
1) структура состоит из многослойных оболочек, похожих на первичные кластеры; каркас оболочки имитирует рост наночастиц из затравки; затравкой может быть как отдельный атом, так и простой нецентрированный кластер, такой как тетраэдр, октаэдр или икосаэдр;
2) центры первичных нанокластеров занимают наиболее симметричные положения структуры. Это условие предполагает, что процессы предварительной зарождения приводят к появлению высокосимметричных локальных областей (фундаментальных конфигураций [2]), которые имеют тенденцию сохраняться в кристалле;
3) первичные нанокластеры не проникают друг в друга, т. е. не имеют общих внутренних атомов, но могут пересекаться друг с другом, т.е. иметь общие атомы в своих внешних оболочках;
4) первичные нанокластеры, как правило, включают в себя все атомы структуры. Если есть атомы, не принадлежащие к первичным нанокластерам, следует выбрать другое наиболее симметричное положение и включить в модель еще один вид нанокластера до тех пор, пока не будет выполнено условие. Пример, рис. 1.
Рис. 1. Нанокластерное моделирование структуры Mg17Al12. Из ансамбля однооболочечных нанокластеров (1@16; 0@8)
Механохимический синтез интерметаллида был проведен в атмосфере аргона. В течение 12 ч (5 циклов по 3 ч с продувкой Ar между циклами) со скоростью 400 об/мин.
Результаты. Для каждой структуры системы проведен расчет геометрико-топологических параметров, предложен способ сборки интерметаллических структур путем нанокластерного моделирования. Определены локальные атомные конфигурации характерные для изучаемого состава.
Выводы. Проведен поиск структур состава Mg-Al-Zn по базе данных ICSD. Отобрано 16 бинарных соединений, из которых 9 фаз Mg-Zn, 7 фаз Mg-Al. Фаз состава Zn-Al не обнаружено. Определены возможные строительные блоки (нанокластеры) изучаемых структур. Наиболее встречаемые обладают 12-, 14-, 16-, 8-атомным ядром, среди которых кластер Маккея, Бергмана и многогранник Фриауфа. Проведена классификация отобранных соединений по топологическому типу. Определено 14 топологических типов, среди которых присутствуют следующие структурные типы: фаза Лавеса, ГЦК решетка, α-марганец. Определили локальные атомные конфигурации системы Mg-Al-Zn, для изучаемого состава превалирует икосаэдрическая форма многогранника. Окружение по форме гексагонального кубооктаэдра для данной системы не характерно. Механохимическим методом в атмосфере аргона синтезирован интерметаллид Mg17Al12.
Авторлар туралы
Самарский государственный технический университет
Email: maria.sll@yandex.ru
студентка, группа 106М, химико-технологический факультет
Ресей, СамараСамарский государственный технический университет
Email: dvoryanova_kat@mail.ru
научный руководитель, кандидат химических наук, доцент
Ресей, СамараСамарский государственный технический университет
Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: olga_blatova@mail.ru
научный руководитель, кандидат химических наук, доцент
Ресей, СамараӘдебиет тізімі
- Shevchenko V.Ya., Blatov V.A., Ilyshin G.D. Intermetallic compounds of the NaCd2 family perceived as assem-blies of nanoclusters // Struct Chem. 2009. Vol. 20. P. 975–982. doi: 10.1007/s11224-009-9500-6
- Shevchenko V.Ya., Medrish I.V., Ilyushin G.D., Blatov V.A. From Clusters to Crystals: Scale Chemistry of Inter-metallics // Struct. Chem. 2019. Vol. 30. P. 2015–2027.
- Blatov V.A. Nanocluster analysis of intermetallic structures with the program package TOPOS // Struct Chem. 2012. Vol. 23. P. 955–963. doi: 10.1007/s11224-012-0013-3
Қосымша файлдар
