Влияние размеров пор на фазовые переходы в наночастицах тетрахлорцинката рубидия в пористых стеклянных матрицах
Аннотация
Известно, что в сегнетоэлектрических кристаллах с несоразмерными фазами ниже определенной температуры (Ti) развиваются локальные смещения отдельных атомов из исходных положений, образующие пространственную волну с длиной l, которая несоизмерима с периодом решетки a, т. е. отношение l/a иррационально. Длина волны возрастает с понижением температуры, достигая вблизи температуры сегнетоэлектрического фазового перехода TC величины сопоставимой с размерами сегнетоэлектрических доменов, как, например, в модельном кристалле тетрахлорцинката рубидия (Rb2ZnCl4).
В ультрадисперсных кристаллах Rb2ZnCl4 увеличению l препятствуют размеры кристаллита. В связи с этим можно ожидать, что физические свойства нанокристаллического тетрахлорцинката рубидия будут существенно отличаться от свойств объемного образца.
Одним из способов получения наноразмерных сегнетоэлектриков является метод, основанный на внедрении материала в пористые матрицы с нанометровым размером сквозных пор из раствора. Этот метод был применен в данной работе, целью которой стало изучение влияния размеров кристаллитов ультрадисперсного тетрахлорцинката рубидия на его диэлектрические свойства и реализующиеся в нанокристаллитах фазовые состояния.
Для эксперимента использовали образцы поликристаллического Rb2ZnCl4 и композитов, полученных инкорпорацией соли Rb2ZnCl4 из водного раствора в матрицы пористого оксида кремния со средним диаметром сквозных пор 46 и 5 нм (RS-46 и RS-5 соответственно). В пределах интервала 100−350 K изучены зависимости их диэлектрической проницаемости от температуры. Определены значения температур переходов в несоразмерную (Ti) и сегнетоэлектрическую (TC) фазы, а также температуры замедления подвижности границ сегнетоэлектрических доменов в нанокристаллитах тетрахлорцинката рубидия в составе композита RS-46. В частицах Rb2ZnCl4 в составе композита RS-5 реализуется только переход в несоразмерную фазу, который в отличие от объемного материала
демонстрирует черты фазового перехода первого рода.
Скачивания
Литература
Cummins H. Z. Experimental studies of structurally incommensurate crystal phases. Physics Кeports. 1990;185(5-6): 211–409. https://doi.org/10.1016/0370-1573(90)90058-a
Gridnev S. A., Korotkov L. N. Disordered polar dielectrics. From crystal to dipole glass and chaos. Palmarium Academic Publishing; 2013. 170 p. Available at: https://w w w.elibrar y.ru/item.asp?id=26049698
Bagautdinov B. Sh., Shekhtman V. Sh. Evolution of the structure of Rb2ZnCl4 over the temperature range 4.2–310 K. Physics of the Solid State. 1999;41(6): 987- 993. https://doi.org/10.1134/1.1130929
Tarnavich V. V., Sidorkin A. S., Korotkova T. N., Rysiakiewicz-Pasek E., Korotkov L. N., Popravko N. G. “Restricted Geometry” Effect on Phase Transitions in KDP, ADP, and CDP Nanocrystals. Crystals. 2019;9(11): 593. https://doi.org/10.3390/cryst9110593
Mikhaleva E. A., Flerov I. N., Kartashev A. V., Gorev M. V., Molokeev M. S., Bogdanov E. V., Bondarev V. S., Korotkov L. N., Rysiakiewicz-Pasek E. Effect of restricted geometry and external pressure on the phase transitions in ammonium hydrogen sulfate confined in a nanoporous glass matrix. Journal of Materials Science. 2018;53(17): 12132–12144. https://doi.org/10.1007/s10853-018-2467-1
Naberezhnov A. A., Stukova E. V., Alekseeva O. A., Novikova S. A., Franz A. Effects Associated with Confined Geometry in Nanocomposites Based on Mesoporous 2D-SBA-15 and 3D-SBA-15 Matrices Containing Sodium Nitrite Nanoparticles. Technical Physics. 2019;64(12): 1866–1871. https://doi.org/10.1134/s106378421912020x
Beskrovny A. I., Vasilovskii S. G., Vakhrushev S. B., Kurdyukov D. A., Zvorykina O. I., Naberezhnov A. A., Okuneva N. M., Tovar M., Rysiakiewicz-Pasek E., Jaguś P. Temperature dependences of the order parameter for sodium nitrite embedded into porous glasses and opals. Physics of the Solid State. 2010;52(5): 1092–1097. https://doi.org/10.1134/s1063783410050410
Naberezhnov A. A., Vakhrushev S. B., Kumzerov Y. A., Fokin A. V. Mechanism of ferroelectric phase transition in ultra-dispersed sodium nitrite particles. Ferroelectrics. 2021;575(1): 75–83. https://doi.org/10.1080/00150193.2021.1888229
Nguyen H. T., Chu M. T. Structural and dielectric studies of three-phase composite containing multiwalled carbon nanotubes, nanodispersed silica AND KDP. Phase Transitions. 2020;93(10-11): 1080-1088. https://doi.org/10.1080/01411594.2020.1839753
Mikhaleva E. A., Flerov I. N., Bogdanov E. V., Bondarev V. S., Gorev M. V., Rysiakiewicz-Pasek E. Size effect on sensitivity to external pressure and caloric effects in TGS: ceramics and nanocomposites. Materials Today Communications. 2020;25: 101463. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.101463
Kumzerov Y., Vakhrushev S. Nanostructures within porous materials. In: Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology. Volume 10. H. S. Nalwa (ed.). New York: American Scientific Publishers; 2003. pp. 811–849.
Andreeva O. V., Obyknovennaja I. E. Nanoporous matrices NPS-7 and NPS-17 – possibilities of use in an optical experiment. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2010;1(1): 37–53. (In Russ.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=15648759
Bruker AXS TOPAS V4. General profile and structure analysis software for powder diffraction data. User’s Manual. Karlsruhe, Germany: Bruker AXS; 2008.
Korotkov L. N., Stekleneva L. S., Flerov I. N., Mikhaleva E. A., Rysiakiewicz-Pasek E., Molokeev M. S., Bondarev V. S., Gorev M. V., Sysoev O. I. X-Ray, dielectric, and thermophysical studies of rubidium tetrachlorozincate inside porous glasses. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2019;83(9): 1072–1076. https://doi.org/10.3103/s1062873819090132
Strukov B. A., Belov A. A., Gorshkov S. N., Kozhevnikov M. Ju. Thermal conductivity and heat capacity of Rb2ZnCl4 crystals in the region of the incommensurate phase. Bulletin of the Academy of Sciences of the USSR. Physical Series. 1991;55(3): 470–473. (In Russ.)
Gridnev S. A., Prasolov B. N., Gorbatenko V. V. On the phase in the domain wall of Rb2ZnCl4 near 150 K. Crystallography Reports. 1997;42(4): 670–673. Available at: https://w w w.elibrar y.ru/item.asp?id=13261163
Gridnev S. A., Shuvalov L. A., Gorbatenko V. V.,Rb 2ZnCl4. Ferroelectrics. 1993;140(1): 145–149. https://doi.org/10.1080/00150199308008277
Gridnev S. A., Shuvalov L. A., Gorbatenko V. V., Prasolov B. N. “Freezing” of domain structure in Rb2ZnCl4. Ferroelectrics. 1993;140(1): 145–149. https://doi.org/10.1080/00150199308008277
Korotkov L. N., Stekleneva L. S., Logoshina E. M., Pankova M. A. Dielectric response of Rb 2ZnCl4 within porous aluminum oxide. Ferroelectrics. 2020;567(1): 74–81. https://doi.org/10.1080/00150193.2020.1791589
Copyright (c) 2022 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
