Спинодальный распад в системе SiO2–TiO2 и формирование иерархически организованных наноструктур
Аннотация
Экспериментально исследовано фазообразование в системе SiO2–TiO2 в области жидкофазного расслаивания. Построена термодинамически оптимизированная фазовая диаграмма системы SiO2–TiO2. Рассчитана кривая спинодального распада фаз. Показано, что при быстром охлаждении расплава распад фаз в жидкофазной области протекает по спинодальному механизму с образованием иерархически организованных наноструктур.
Ключевые слова
спинодальный распад,
иерархически организованная наноструктура,
фазовая диаграмма,
диоксид кремния,
диоксид титана
При поддержке: Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП “Научные и научно-педагогические кадры инновационной России” (ГК № 16.740.11.0030). Авторы выражают благодарность М.Д. Толкачеву (ИГГД РАН) за помощь в проведении электронно-микроскопических и микрозондовых исследований.
Об авторах
С. А. Кириллова
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Россия
Россия
Санкт-Петербург.
В. И. Альмяшев
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Россия
Россия
Санкт-Петербург.
В. В. Гусаров
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина); Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Россия
Россия
Санкт-Петербург.
Список литературы
1. Третьяков Ю.Д. Процессы самоорганизации в химии материалов // Успехи химии, 2003, 72(8), 731-763.
2. Gleiter H. Nanostructured materials: Basic concepts and microstructure // Acta Mater., 2000, 48(1), 1-29.
3. Ozin G.A., Arsenault A.C., Cademartiri L. Nanochemistry: A Chemical Approach to Nanomaterials, 2nd ed. Cambridge: Royal Society of Chemistry, 2009, 820 p.
4. Иванов В.В., Таланов В.М. Модулярное строение наноструктур: информационные коды и комбинаторный дизайн // Наносистемы: физика, химия, математика, 2010, 1(1), 72-107.
5. Галахов Ф.Я., Варшал Б.Г. О причинах ликвации в простых силикатных системах // Труды Первого всесоюзного симпозиума «Ликвационные явления в стеклах», Ленинград, 16-18 апреля 1968, Л.: Наука, 1969, 6-11.
6. Порай-Кошиц Е.А., Аверьянов В.И. О явлениях первичного и вторичного расслаивания в стеклах // Труды Первого всесоюзного симпозиума «Ликвационные явления в стеклах», Ленинград, 16-18 апреля 1968, Л.: Наука, 1969, 26-30.
7. Галахов Ф.Я. Микроликвация и ее изображение на диаграмме состояния двойной системы // Изв. АН СССР. Сер. хим., 1964, (8), 1377-1383.
8. Андреев Н.С., Мазурин О.В., Порай-Кошиц Е.А., Рослова Г.П., Филиппович В.Н. Явления ликвации в стеклах / Под ред. М.М. Шульца, Л.: Наука, 1974, 217 с.
9. Мриглод И.М., Пацаган О.В., Мельник Р.С. Процессы метастабильной ликвации в многокомпонентных стеклообразующих системах: обзор экспериментальных и теоретических результатов; фазовые диаграммы с метастабильной ликвацией // Препринт ИФКС НАН Украины, ICMP-03-15U, 2003, (На укр.).
10. Kündig A.A., Ohnuma M., Ping D.H., Ohkubo T., Hono K. In situ formed two-phase metallic glass with surface fractal microstructure // Acta Mater., 2004, 52(8), 2441-2448.
11. Chang H.J., Yook W., Park E.S., Kyeong J.S., Kim D.H. Synthesis of metallic glass composites using phase separation phenomena // Acta Mater., 2010, 58(7), 2483-2491.
12. Делицын Л.М. Ликвационные явления в магматических системах. М.: ГЕОС, 2010, 222 с.
13. Blinova I.V., Gusarov V.V., Popov I.Yu. “Almost quasistationary” approximation for the problem of solidification front stability // Z. angew. Math. Phys., 2009, 60(1), 178-188.
14. Елисеев А.А., Лукашин А.В. Функциональные наноматериалы / Под ред. Ю.Д. Третьякова, М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010, 456 с.
15. Трусов Л.А., Зайцев Д.Д., Казин П.Е., Третьяков Ю.Д. Получение магнитной стеклокерамики в системе SrO–Fe2O3–Al2O3–B2O3 // Неорганические материалы, 2009, 45(6), 749-753.
16. Kazin P.E., Trusov L.A., Zaitsev D.D., Tret’yakov Yu.D. Glass Crystallization Synthesis of Ultrafine Hexagonal M-Type Ferrites: Particle Morphology and Magnetic Characteristics // Russian Journal of Inorganic Chemistry, 2009, 54(14), 2081-2090.
17. Kazin P.E., Trusov L.A., Kushnir S.E., Yaroshinskaya N.V., Petrov N.A., Jansen M. Hexaferrite Submicron and Nanoparticles with Variable Size and Shape via Glass-Ceramic Route // Journal of Physics: Conference Series, 2010, 200, 072048.
18. Ходаковская Р.Я. Химия титансодержащих стекол и ситаллов. М.: Химия, 1978, 288 с.
19. von Olleschik-Elbheim L., el Baya A., Schmidt M.A., Zhu D.-M., Kosugi T. Thermal conductivity of GeO2–SiO2 and TiO2–SiO2 mixed glasses // J. Non-Crystalline Solids, 1996, 202(1), 88-92.
20. You H., Nogami M. Persistent spectral hole burning of Eu3+ ions in TiO2–SiO2 glass prepared by sol-gel method // Journal of Alloys and Compounds, 2006, 408-412, 796-799.
21. Лебедева Г.А. Формирование ликвационной структуры в титансодержащих алюмосиликатных стеклах // Стекло и керамика, 2008, (9), 25-28.
22. Ермилов П.И., Индейкин Е.А., Толмачев И.А. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы. Л.: Химия, 1987, 200 с.
23. Воронцов А.В., Козлов Д.В., Смирниотис П.Г., Пармон В.Н. Фотокаталитическое окисление на TiO2. I. Фотокатализаторы для жидкофазных и газофазных процессов и фотокаталитическая деструкция имитантов боевых отравляющих веществ в жидкой фазе // Кинетика и катализ, 2005, 46(2), 203-218.
24. Rieke R. Melting Influence of Titanic Acid on Silica, Alumina, and Kaolin // Sprechsaal, 1908, 41, 405.
25. Umezu S., Kakiuchi F. Investigations on Iron Blast. Furnace Slags Containing Titanium // Nippon Kogyo Kwaishi, 1930, 46, 866-877.
26. Bunting E.N. Phase equilibria in the systems. TiO2, TiO2–SiO2, and TiO2–Al2O3 // J. Res. Nat. Bur. Stand., 1933, 11(5) 719-725.
27. Богацкий Д.П. // Металлург, 1936, (1), 59-67.
28. Ricker R.W., Hummel F.A. Reactions in the System TiO2–SiO2; Revision of the Phase Diagram // J. Amer. Ceram. Soc., 1951, 34(9), 271-279.
29. DeVries R.C., Roy R., Osborn E.F. The System TiO2–SiO2 // Trans. Brit. Ceram. Soc., 1954, 53(9), 525-540.
30. Kaufman L. Calculation of multicomponent ceramic phase diagrams // Physica B+C (Amsterdam), 1988, 150(1-2), 99-114.
31. Kubaschewski O., Alcock C.B. International Series on Materials Science and Technology, V. 24 (Metallurgical Thermochemistry), 5th ed. Oxford, United Kingdom: Pergamon Press/Elsevier Science Ltd., 1979, 449 p.
32. DeCapitani C., Kirschen M. A generalized multicomponent excess function with application to immiscible liquids in the system CaO–SiO2–TiO2 // Geochim. et Cosmochim. Acta, 1998, 62(23/24), 3753-3763.
33. Kirschen M., DeCapitani C., Millot F., Rifflet J.-C., Coutures J.-P. Immiscible silicate liquids in the system SiO2–TiO2–Al2O3 // Eur. J. Mineral., 1999, (11) 427-440.
34. McTaggart G.D., Andrews A.I. Immiscibility area in the system TiO2–ZrO2–SiO2 // J. Amer. Ceram. Soc., 1957, 40(5), 167-170.
35. Massazza F., Sirchia E. Il sistema MgO–SiO2–TiO2 // La Chimica e l’industria, 1958, XL(5), 376-380.
36. Галахов Ф.Я., Арешев М.П., Вавилонова В.Т., Аверьянов В.И. Определение границ метастабильной ликвации в кремнеземистой части системы TiO2–SiO2 // Известия АН СССР. Неорганические материалы, 1974, 10(1), 179-180.
37. Камаев Д.Н. Высокотемпературные фазовые равновесия в системах TiO2–SiO2, ZrO2–Al2O3, ZrO2–SiO2, FeO–ZrO2–SiO2, Fe–Zr–Si–O: Дис. ... канд. хим. наук, Челябинск, 2005, 168 с.
38. Saunders N., Miodownik A.P. CALPHAD (calculation of phase diagrams): a comprehensive guide. Pergamon materials series: V. 1, 1998, 479 p.
39. Михайлов Г.Г., Новолоцкий Д.Я. Термодинамика раскисления стали. М.: Металлургия, 1993, 114 с.
40. Галахов Ф.Я. Высокотемпературная микропечь для изучения гетерогенных равновесий в системах тугоплавких оксидов. – В кн.: Современные методы исследования силикатов и строительных материалов. М., 1961, С. 178-182.
41. Мезенцева Л.П., Попова В.Ф., Альмяшев В.И., Ломанова Н.А., Уголков В.Л., Бешта С.В., Хабенский В.Б., Гусаров В.В. Фазовые и химические превращения в системе SiO2–Fe2O3(Fe3O4) при различных парциальных давлениях кислорода // Журнал неорганической химии, 2006, 51(1), 126-133.
42. Gurvich L.V., Iorish V.S., Chekhovskoi D.V., Yungman V.S. IVTANTHERMO – A Thermodynamical Database and Software System for the Personal Computer / User’s Guide. CRC Press, Inc., Boca Raton, 1993.
43. Hlaváč J. Melting temperatures of refractory oxides: Part I // Pure & Appl. Chem., 1982, 54(3), 681-688.
44. Chase, Jr., M. W. NIST-JANAF Thermochemical Tables (Journal of Physical and Chemical Reference Data Monographs), 4th ed., Monograph No. 9. American Inst. of Physics, 1998-2000, 1952 p.
45. Guilbault G.G. Nomenclature for thermal analysis – II & III // Pure & Appl. Chem., 1980, 52, 2385-2391.
46. Almjashev V.I., Gusarov V.V., Khabensky V.B., Bechta S.V., Granovsky V.S. // OECD/NEA MASCA2 Seminar 2007, Cadarache, France, 11-12 October 2007, 2007, paper 3.3.
Рецензия
Для цитирования:
Кириллова С.А., Альмяшев В.И., Гусаров В.В. Спинодальный распад в системе SiO2–TiO2 и формирование иерархически организованных наноструктур. Наносистемы: физика, химия, математика. 2012;3(2):100-115.
For citation:
Kirillova S.A., Almjashev V.I., Gusarov V.V. Spinodal decomposition in the SiO2–TiO2 system and hierarchically organized nanostructures formation. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2012;3(2):100-115. (In Russ.)
Просмотров:
11
Послать статью по эл. почте 