Расчет коэффициентов распределения кислорода при кристаллизации из расплава фторидов RF3 (R = La, Gd) со структурой тисонита

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом модифицированной криоскопии из диаграмм плавкости конденсированных систем RF3−R2O3 (R = La, Gd) рассчитаны термодинамические коэффициенты распределения кислорода k0 в LaF3 и α-GdF3 со структурой тисонита (пр. гр. ). Рассчитанные коэффициенты k0 равны 1.02 и 1.12 для трифторидов лантана и гадолиния соответственно. Значения коэффициентов k0 удовлетворяют условию k0 > 1, что подтверждает образование максимумов на кривых плавкости тисонитовых твердых растворов tys-RF3–2xOx. Для LaF3 близость коэффициента распределения к k0 = 1 соответствует практически равномерному распределению кислорода в объеме кристаллизуемого фторидного расплава. Знание коэффициентов распределения кислорода при кристаллизации из расплава является важным для выбора стратегии кристаллофизической очистки трифторидов RF3 от примеси кислорода и получения оксофторидов tys-RF3–2xOx с заданным распределением примеси.

Об авторах

Н. И. Сорокин

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова, Курчатовский комплекс кристаллографии и фотоники, Национальный исследовательский центр “Курчатовский Институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: nsorokin1@yandex.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Sobolev B.P. The rare earth trifluorides. Barcelona: Moscow Institute of Crystallography and Institut d’Estudis Catalans. 2000−2001. 980 p.
  2. Сорокин Н.И., Каримов Д.Н., Бучинская И.И. Проводимость твердых электролитов R1-yPbyF3-y (R = Pr, Nd) со структурой тисонита // Электрохимия. 2021. 57. № 8. С. 465−472.
  3. Patro L.N. Role of mechanical milling on the synthesis and ionic transport properties of fast fluoride ion conducting materials // J. Solid State Electrochem. 2020. 24. P. 2219−2232.
  4. Соболев Б.П., Сорокин Н.И., Кривандина Е.А., Жмурова З.И. Оптимизация по проводимости при 293 K монокристаллов твердых электролитов со структурой тисонита (LaF3): 1. Нестехиометрические фазы R1-yCayF3-y (R = La – Lu, Y) // Кристаллография. 2014. 59. № 4. С. 609−622.
  5. Сорокин Н.И., Соболев Б.П., Кривандина Е.А., Жмурова З.И. Оптимизация по проводимости при 293 K монокристаллов твердых электролитов со структурой тисонита (LaF3): 2. Нестехиометрические фазы R1-yMyF3-y (R = La – Lu, Y; M = Sr, Ba) // Кристаллография. 2015. 60. № 1. С. 123−129.
  6. Karkera G., Anji Reddy M.A., Fichtner M. Recent developments and future perspectives of anionic batteries // J. Power Sources. 2021. 481. P. 228877.
  7. Tressaud A., Poeppelmeier K. (Eds.). Photonic and electronic properties of fluoride materials. Amsterdam: Elsevier. 2016. 495 p.
  8. Sobolev B.P. (Ed.) Multicomponent crystals based heavy metal fluorides for radiation detectors. Institut d’Estudis Catalans. 1994. 261 p.
  9. Takami T., Pattanathummasid C., Kutana A., Asahi R. Challenges for fluoride superionic conductors: fundamentals, design and applications // J. Phys. Cond. Mater. 2023. 35. № 29.
  10. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. Собственная фтор-ионная проводимость кристаллических матриц фторидных супериоников: BaF2 (тип флюорита) и LaF3 (тип тисонита) // ФТТ. 2019. 61. № 1. С. 53−58.
  11. Сорокин Н.И., Жмурова З.И., Кривандина Е.А., Соболев Б.П. Влияние чистоты монокристаллов NdF3 на ионную проводимость // Кристаллография. 2012. 57. № 3. С. 518−519.
  12. Соболев Б.П. Нестехиометрия в неорганических фторидах: 4. Начальная стадия анионной нестехиометрии в RF3 (R – Y, La, Ln) // Кристаллография. 2021. 66. № 3. С. 369−380.
  13. Соболев Б.П. Нестехиометрия в неорганических фторидах: 3. Анионная нестехиометрия в MF2 (M = Ca, Sr, Ba) // Кристаллография. 2020. 65. № 5. С. 705−714.
  14. Fergus J.W. The application of solid fluoride electrolytes in chemical sensors // Sensors and Actuators. B. 1997. 42. P. 119−130.
  15. Yamazoe N., Hisamoto J., Miura N., Kuwata S. Potentiometric solid-state oxygen sensor using lanthanum fluoride operative at room temperature // Sensors and Actuators. 1987. 12. P. 415−423.
  16. Vasyliev V., Molina P., Nakamura M., Vhllora E.G., Shimamura K. Magneto-optical properties of Tb0.81Ca0.19F2.81 and Tb0.76Sr0.24F2.76 // Optical Mater. 2011. 33. P. 1710−1714.
  17. Кривандина Е.А., Жмурова З.И., Соболев Б.П. Об изменении примесного состава кристаллов LaF3 при выращивании методом Бриджмена – Стокбаргера // Кристаллография. 2001. 46. №. 4. С. 756−758.
  18. Федоров П.П., Туркина Т.М., Лямина О.И., Тарасова Е.В., Зибров И.П., Соболев Б.П. Расчет коэффициентов распределения примеси из кривых ликвидуса бинарных систем МF2-RF3 // Высокочистые вещества. 1990. № 6. С. 67−72.
  19. Федоров П.П., Чернова Е.В. Коэффициенты распределения оксидов редкоземельных элементов при кристаллизации расплава диоксида циркония // Неорган. материалы. 2021. 57. № 9. С. 949−953.
  20. Sobolev B.P., Fedorov P.P. Phase diagrams of the CaF2-(Y,Ln)F3 systems: 1. Experimental // J. Less-Common Metals. 1978. 60. № 1. P. 33−46.
  21. Sobolev B.P., Seiranian K.B. Phase diagrams of systems SrF2-(Y,Ln)F3: 2. Fusibility of systems and thermal behavior of phases // J. Solid State Chem. 1981. 39. № 2. P. 17−24.
  22. Sobolev B.P., Tkachenko N.L. Phase diagrams of the BaF2-(Y, Ln)F3 systems // J. Less-Common Metals. 1982. 85. № 2. P. 155−170.
  23. de Kozak A., Samouel M., Chretien A. Les systemes GdF3−MF (M = K, Rb, Cs) et GdF3−Gd2O3 // Rev. Chim. Miner. 1973. 10. № 1−2. P. 259−271.
  24. de Kozak A., Samouel M., Erb A. Le systeme DyF3−Dy2O3 // Rev. Chim. Miner. 1980. 17. № 5. P. 440−444.
  25. Sobolev B.P., Fedorov P.P., Shteynberg D.B., Sinitsyn B.V., Shakhkalamian G.S. On the problem of polymorhism and fusion of lanthanide trifluorides: 1. The influence of oxygen on phase transition temperatures // J. Solid State Chem. 1976. 17. № 2. P. 191−199. https://ppfedorov.narod.ru/index/phase-diagrams
  26. Федоров П.П., Жмурова З.И., Бондарева О.С., Ловецкая Г.А., Соболев Б.П. Взаимодействие фторида лития с фторидами магния и марганца // ЖНХ. 1994. 39. № 6. С. 1010−1013.
  27. Иванов С.П., Бучинская И.И., Федоров П.П. Коэффициенты распределения примесей во фториде кадмия // Неорган. матер. 2000. 36. № 4. С. 484−488.
  28. Бучинская И.И., Федоров П.П. Дифторид свинца и его взаимодействие с другими неорганическими фторидами // Успехи химии. 2004. 73. № 4. С. 404−434.
  29. Greis O., Cader M.S.R. Polymorphism of high purity rare earth trifluorides // Thermochim. Acta. 1985. 87. № 1. P. 145−150.
  30. Spedding F.H., Henderson D.C. High-temperature heat contents and related thermodynamic functions of seven trifluorides of the rare earth Y, La, Pr, Nd, Gd, Ho and Lu // J. Chem. Phys. 1971. 54. № 6. P. 2476−2483.
  31. Spedding F.H., Beaudry B.J., Henderson D.C., Moorman J. High-temperature enthalpies and related thermodynamic functions of the trifluorides of Sc, Ce, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Er, Tm and Yb // J. Chem. Phys. 1974. 60. № 4. P. 1578−1588.
  32. Третьяков Ю. Д. Принципы создания новых твердофазных материалов // Изв. АН СССР. Неорган. матер. 1985. № 5. С. 693−701.
  33. Kim D.G., van Hoek C., Liebske C., van der Laan S., Hudon P., Jung I.H. Phase diagram study of the CaO−CaF2 system // ISIJ International. 2012. 52. № 11. P. 1945−1950.
  34. Bollmann W. Solubility and distribution coefficient of oxygen in CaF2 // Cryst. Res. Technol. 1982. 17. № 11. P. K107−K108.
  35. Bollmann W. Solubility of CaO in CaF2 crystals // Kristall und Technik. 1977. B. 12. № 9. P. 941−944.
  36. Bollmann W. Incorporation of O2- and OH- ions in CaF2 crystals by reaction with the surrounding atmosphere // Phys. Stat. Solidi (a). 1980. 57. P. 601−607.
  37. Svantner M., Mariani E. Influence of oxygen on electrical properties of CaF2 crystals // Kristall und Technik. 1978. B. 13. № 12. P. 1431−1434.
  38. Delbove F. Application de la methode cryometrique a haute temperature abetude de la formation de solutions solides dans les fluorures alcalino-terreux, a la limite de dilution infinie // Silicates Industriels. 1967. 32. № 7−8. P. 259−267.
  39. Kim D.G. Experimental study and thermodynamic model of the CaO−SiO2−Al2O3−CaF2 system // Thesis. McGill University. Montreal. 2011. 95 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024