1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 6, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 6, стр. 21-26

Приложение некоторых методик с использованием синхротронного излучения к изучению перспективного композитного термоэлектрика SrTiO3–TiO2

А. П. Завьялов a, b, *, Г. А. Любас b, **, М. Р. Шарафутдинов b, c, ***, В. В. Кривенцов d, ****, Д. Ю. Косьянов a, *****

a НОЦ “Передовые керамические материалы”, Дальневосточный федеральный университет
690922 Владивосток, Россия

b Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН
630128 Новосибирск, Россия

c ЦКП “СКИФ”, ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
630559 Новосибирск, Кольцово, Россия

d ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
630090 Новосибирск, Россия

* E-mail: Zav_Alexey@list.ru
** E-mail: sciencenano@yandex.ru
*** E-mail: Marat@solid.nsc.ru
**** E-mail: Kriven@mail.ru
***** E-mail: Kosianov.diu@dvfu.ru

Поступила в редакцию 05.10.2022
После доработки 22.12.2022
Принята к публикации 22.12.2022

Аннотация

Представлены результаты исследования бифазной керамики SrTiO3–TiO2, предложенной ранее в качестве перспективного термоэлектрика n-типа, полученные с применением методик с использованием синхротронного излучения в Центре коллективного пользования “Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения”. В частности, методом рентгеновского “кино” продемонстрировано, что реакция между порошковыми компонентами SrCO3 (стронтианитом) и TiO2 (анатазом) с получением SrTiO3 (таусонита) не является движущей силой при получении керамики методом искрового плазменного спекания реакционной смеси. Для двух спектральных методов – рентгеновской люминесценции и XANES-спектроскопии – проведено сравнение спектра бифазной керамики с модельным спектром, полученным на основе спектров монофазных керамик как образцов сравнения. Методом рентгеновской люминесценции выявлен сдвиг в высокоэнергетическую область и сужение спектра бифазной керамики, что может свидетельствовать о размерном квантовании (наличии двумерного электронного газа) в системе. В XANES-спектре бифазной керамики обнаружены изменения в области, в которой его форма может существенно зависеть от симметрии ближайшего окружения атомов Ti4+. Однако интерпретировать эти данные без численного моделирования затруднительно.

Ключевые слова: SrTiO3–TiO2, композитная керамика, реакционное искровое плазменное спекание, синхротронное излучение, рентгеновская дифракция, дифракционное “кино”, рентгеновская люминесценция, околопороговая тонкая структура рентгеновского спектра поглощения, XANES, двумерный электронный газ.

Список литературы

  1. Snyder G.J., Toberer E.S. // Nat. Mater. 2008. V. 7. P. 105. https://doi.org/10.1038/nmat2090

  2. Tritt T.M., Subramanian M.A. // MRS Bull. 2006. V. 31. P. 188. https://doi.org/10.1557/mrs2006.44

  3. Snyder G.J., Christensen M., Nishibori E., Caillat T., Iversen B.B. // Nat. Mater. 2004. V. 3. P. 458. https://doi.org/10.1038/nmat1154

  4. Venkatasubramanian R., Siivola E., Colpitts T., O’Quinn B. // Nature. 2001. V. 413. P. 597. https://doi.org/10.1038/35098012

  5. Hsu K.F., Loo S., Guo F., Chen W., Dyck J.S., Uher C., Hogan T., Polychroniadis E.K., Kanatzidis M.G. // Science. 2004. V. 303. P. 818. https://doi.org/10.1126/science.1092963

  6. Zhao L.-D., Lo S.-H., Zhang Y., Sun H., Tan G., Uher C., Wolverton C., Dravid V.P., Kanatzidis M.G. // Nature. 2014. V. 508. P. 373. https://doi.org/10.1038/nature13184

  7. Zhao L.-D., Tan G., Hao S., He J., Pei Y., Chi H., Wang H., Gong S., Xu H., Dravid V.P., Uher C., Snyder G., Wolverton J.C., Kanatzidis M.G. // Science. 2016. V. 351. P. 141. https://doi.org/10.1126/science. aad3749

  8. Rhyee J.-S., Lee K.H., Lee S.M., Cho E., Kim S.I., Lee E., Kwon Y.S., Shim J.H., Kotliar G. // Nature. 2009. V. 459. P. 965. https://doi.org/10.1038/nature08088

  9. Chung D.-Y., Hogan T., Brazis P., Rocci-Lane M., Kannewurf C., Bastea M., Uher C., Kanatzidis M.G. // Science. 2000. V. 287. P. 1024. https://doi.org/10.1126/science.287.5455.1024

  10. Raj B., van de Voorde M., Mahajan Y. Nanotechnology for Energy Sustainability. Weinheim: Wiley-VCH, 2017. https://doi.org/10.1002/9783527696109

  11. Kim S.I., Lee K.H., Mun H.A., Kim H.S., Hwang S.W., Roh J.W., Yang D.J., Shin W.H., Li X.S., Lee Y.H., Snyder G.J., Kim S.W. // Science. 2015. V. 348. P. 109. https://doi.org/10.1126/science.aaa4166

  12. Nolas G.S., Sharp J., Goldsmid H.J. Thermoelectrics: Basic Principles and New Materials Developments. Berlin, Heidelberg: Springer–Verlag, 2001. https://doi.org/10.1007/978-3-662-04569-5

  13. Zavjalov A., Tikhonov S., Kosyanov D. // Materials. 2019. V. 12. P. 2895. https://doi.org/10.3390/ma12182895

  14. Ohta H., Kim S., Mune Y., Mizoguchi T., Nomura K., Ohta S., Nomura T., Nakanishi Y., Ikuhara Y., Hirano M., Hosono H., Koumoto K. // Nat. Mater. 2007. V. 6. P. 129. https://doi.org/10.1038/nmat1821

  15. Zhang R., Wang C., Li J., Koumoto K. // J. Am. Ceram. Soc. 2010. V. 93. № 6. P. 1677. doi . 03619.xhttps://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2010

  16. Safronova N.A., Kryzhanovska O.S., Dobrotvorska M.V., Balabanov A.E., Tolmachev A.V., Yavetskiy R.P., Parkhomenko S.V., Brodskii R.Ye., Baumer V.N., Kosyanov D.Yu., Shichalin O.O., Papynov E.K., Li J. // Ceram. Int. 2020. V. 46. P. 6537. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.11.137

  17. Zavjalov A.P., Shichalin O.O., Tikhonov S.A., Kosyanov D.Yu. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2021. V. 1093. P. 012034. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1093/1/012034

  18. Tikhonov S.A., Zavjalov A.P., Kosyanov D.Yu. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2021. V. 1093. P. 012031. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1093/1/012031

  19. Piminov P.A., Baranov G.N., Bogomyagkov A.V. et al. // Phys. Procedia. 2016. V. 84. P. 19. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2016.11.005

  20. Ancharov A.I., Baryshev V.B., Chernov V.A. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2005. V. 543. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.nima.2005.01.021

  21. Evdokov O.V., Titov V.M., Tolochko B.P., Sharafutdinov M.R. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2009. V. 603. № 1–2. P. 194. https://doi.org/10.1016/j.nima.2009.03.001

  22. Aulchenko V.M., Evdokov O.V., Kutovenko V.D., Pirogov B.Ya., Sharafutdinov M.R., Titov V.M., Tolochko B.P., Vasiljev A.V., Zhogin I.A., Zhulanov V.V. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2009. V. 603. № 1–2. P. 76. https://doi.org/10.1016/j.nima.2008.12.164

  23. Wojdyr M. // J. Appl. Crystallogr. 2010. V. 43. P. 1126. https://doi.org/10.1107/S0021889810030499

  24. Klementiev K.V. VIPER. (Visual Processing in EXAFS Researches) for Windows. Users Manual and Tutorial with Comments on Analysis Methods in EXAFS. Version of manual 2.20. Version of program 11.00. Barcelona, Spain: 2012. 54 p. https://intranet.cells.es/Beamlines/CLAESS/software/VIPERmanual220.pdf.

  25. Klementiev K.V. XANES Dactyl scope. A Program for Quick and Rigorous XANES Analysis for Windows. Users Manual and Tutorial. Version of manual 1.10. Version of program 6.00. Barcelona, Spain: 2012. 23 p. https://intranet.cells.es/Beamlines/CLAESS/software/ XDmanual110.pdf.

  26. Lyubas G.A., Ledentsov N.N., Litvinov D., Gerthsen D., Soshnikov I.P., Ustinov V.M. // J. Exp. Theor. Phys. 2002. V. 75. P. 179. https://doi.org/10.1134/1.1475718

  27. Tsodikov M.V., Slivinskii E.V., Yushchenko V.V., Kitaev L.E., Kriventsov V.V., Kochubey D.I., Teleshev A.T. // Russ. Chem. Bull. 2000. V.49. № 12. P. 2003. https://doi.org/10.1023/A:1009567807897

  28. Kriventsov V.V., Kochubey D.I., Tsodikov M.V., Navio J. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2001. V. 470. № 1–2. P. 331. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(01)01068-3

  29. Kriventsov V.V., Kochubey D.I., Tsodikov M.V., Navio J.A., Restrepo G., Macias M. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2001. V. 470. № 1–2. P. 347. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(01)01072-5

  30. Trukhan N.N., Romannikov V.N., Shmakov A.N., Vanina M.P., Paukshtis E.A., Bukhtiyarov V.I., Kriventsov V.V., Danilov I.Y., Kholdeeva O.A. // Micropor. Mesopor. Mater. 2003. V. 59. № 2–3. P. 73. https://doi.org/10.1016/S1387-1811(03)00287-7

  31. Kholdeeva O.A., Mel’gunov M.S., Shmakov A.N., Trukhan N.N., Kriventsov V.V., Zaikovskii V.I., Malyshev M.E., Romannikov V.N. // Catal. Today. 2004. V. 91–92. P. 205. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2004.03.034

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал