.png)
.png)
Email this article 
Open Access
Subscription Access
Point defects in complex inorganic compounds, spinel inverted, Kirkendall ‒ Frenkel effects
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-5-83-92
Abstract
New technologies require new materials. One of the ways to find such materials are normal, reversed and partially reversed materials, which are used in spinels. Some such compounds are considered in oxygen-containing spinels, in particular, magnetic materials. Spinel inversion often results in structural defects, including antistructural exchange of cations. The preparation of solid solutions in aluminamagnesia spinel and mullite, which are not presented in the phase diagram, but have a higher diffusion mass transfer coefficient during the synthesis of a complex oxide, is considered. For spinel it is MgO, for mullite it is SiO2. For this, additives and the Kirkendall ‒ Frenkel effect were used. So far, there is no complete certainty that these are not composites, in which a material with a high diffusion mass transfer coefficient is distributed in a matrix of the main complex oxide (MgO·Al2O3, or 3Al2O3·2SiO2). The application of these approaches can expand the scope of materials for various applications.
About the Author
A. V. BelyakovRussian Federation
References
1. Poornaprakash, B. Robust ferromagnetism of ZnO : : (Ni + Er) diluted magnetic semiconductor nanoparticles for spintronic applications / B. Poornaprakash, S. Ramu, K. Subramanyam [et al.] // Ceram. Int. ― 2021. ― Vol. 47, № 13. ― P. 18557‒18564.
2. Mir, S. A. Systematic study of ferromagnetic phase stability of Co-based Heusler materials with high figure of merit: Hunt for spintronics and thermoelectric applicability / S. A. Mir, D. C. Gupta // J. Alloys Compd. ― 2020. ― P. 105330-1‒105330-12.
3. Mir, S. A. Exploration of uranium double perovskites Ba2MUO6 (M = Co, Ni) for magnetism, spintronic and thermoelectric applications / S. A. Mir, D. C. Gupta // J. Magn. Mater. ― 2020. ― Vol. 493. ― P. 165722-1‒165722-7.
4. Огнев, А. В. Спинтроника: физические принципы, устройства, перспективы: обзор / А. В. Огнев, А. С. Самардак // Вестник ДВО РАН. ― 2006. ― № 4. ― С. 70‒80.
5. Anbuselvan, D. Room temperature ferromagnetic behavior of nickel-doped zinc oxide dilute magnetic semiconductor for spintronics applications / D. Anbuselvan, S. Nilavazhagan, A. Santhanam [et al.] // Physica E: Low-dimensional systems and nanostructures. ― 2021. ― Vol. 129. ― P. 1146‒1165.
6. Войтович, И. Д. Спинтроника и ее вклад в элементную базу информатики. Ч. 1 / И. Д. Войтович, В. М. Корсунский // Математичні машини і системи. ― 2014. ― № 1. ― С. 3‒21.
7. Войтович, И. Д. Спинтроника и ее вклад в элементную базу информатики. Ч. 2 / И. Д. Войтович, В. М. Корсунский // Математичні машини і системи. ― 2014. ― № 2. ― С. 3‒21.
8. Kovtunenko, P. V. Defect formation in spinels in oxygen nonstoichiometry (а review) / P. V. Kovtunenko // Glass and Ceramics. ― 1997. ― Т. 54. № 5/6. ― С. 143‒148.
9. Князева, С. С. Строение и физико-химические свойства сложных оксидов со структурой шпинели: дис. … канд. хим. наук / С. С. Князева. ― Нижний Новгород, 2015. ― 125 с.
10. Иванова, И. В. Анализ структурных механизмов образования низкосимметричных фаз шпинели / И. В. Иванова // Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона». ― 2019. ― № 1. ― С. 1‒8. ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2019/5815.
11. Рощин, А. В. Расчет параметров структуры и энтальпии образования хромшпинелей / А. В. Рощин, А. Г. Рябухин, В. Е. Рощин [и др.] // Вестник КУУрГУ. ― 2006. ― № 10. ― С. 32‒37.
12. Бляссе, Ж. Кристаллохимия феррошпинелей / Ж. Бляссе. ― М. : Металлургия, 1968. ― 184 с.
13. Крегер, Ф. Химия несовершенных кристаллов / Ф. Крегер. ― М. : Мир, 1969. — 654 с.
14. Крупичка, С. Физика ферритов / С. Крупичка. ― М. : Мир, 1976. ― 353 с. т. 1 ; ― 504 с. т. 2.
15. Резницкий, Л. А. Энергия предпочтения ионов и энергетика координационных полиэдров // Итоги науки и техники / ВИНИТИ / Л. А. Резницкий, А. С. Гузей. ― 1978. ― Т. 4. ― С. 79‒115.
16. Резницкий, Л. А. Калориметрия твердого тела / Л. А. Резницкий ― М. : Изд-во МГУ, 1981. ― 184 с.
17. Резницкий Л. А. Энергетика координационных полиэдров / Л. А. Резницкий // Итоги науки и техники / ВИНИТИ. ― 1984. ― Т. 6. ― С. 3‒42.
18. Devis P. K. Quantitative correlations of deviations from ideality in binary and pseudobinary solid-solutions / P. K. Devis, A. Navrotsky // Sol. State Chem. ― 1981. ― Vol. 38, № 2. — P. 264‒276.
19. Dunitz, J. D. Electronic properties of transition metal oxides. I. Distortions from cubic symmetry / J. D. Dunitz, L. E. Orgel // Phys. Chem. Sol. ― 1957. ― № 3. ― P. 20‒29.
20. Me Clur, D. S. Electronic properties of transition metal oxides. II. Cation distribution amongst octahedral and tetrahedral sites / D. S. Me Clur // Phys. Chem. Sol. ― 1957. ― № 3. ― P. 311‒317.
21. Шубин, М. С. Расчет энергии предпочтения в кристаллах со структурой шпинели методом МО ЛКО и кластерных компонентов на основе выделения октаи тетрафрагментов : автореф. дис. … канд. хим. наук / М. С. Шубин. ― Волгоград, 1982. ― 25 с.
22. Третьяков, Ю. Д. Химия нестехиометрических оксидов / Ю. Д. Третьяков. ― М. : Изд-во МГУ, 1973. ― 364 с.
23. Хариф, Я. Л. Термодинамика нестехиометрических халькогенидов свинца и кадмия / Я. Л. Хариф, П. В. Ковтуненко, А. А. Майер // Термодинамика и материаловедение полупроводников. ― Металлург. ― 1992. ― С. 247‒272.
24. Ковтуненко, П. В. Нестехиометрия окислов щелочно-земельных металлов / П. В. Ковтуненко, Я. Л. Хариф // Успехи химии. — 1979. — Т. 48, вып. 31. — С. 448‒480.
25. Shannon, R. D. Effective ionic radii in oxides and fluorides / R. D. Shannon, С. Т. Prewitt // Acta Cryst. ― 1969. ― Vol. 25. ― Р. 925‒946.
26. Коллонг, Р. Нестехиомегрия / Р. Коллонг. ― М. : Мир, 1974. ― 288 с.
27. Бацанов, С. С. Экспериментальные основы структурной химии / С. С. Бацанов. ― М. : Изд- во стандартов, 1986. ― 239 с.
28. Хакен, Г. Синергетика / Г. Хакен ; пер. с англ. В. И. Емельянова ; под ред. Ю. Р. Климонтовича и С. М. Осовца. ― М. : Мир, 1980. ― 405 с.
29. Belyakov, A. V. Synergetic and quasichemical approaches in ceramic technology (a review) / A. V. Belyakov // Glass and Ceramics. ― 2003. ― Vol. 60, № 9/10. ― P. 274‒279.
30. Smigelscas, A. D. Zn diffusion in α-brass / A. D. Smigelscas, E. D. Kirkendall // Trans. AIME. ― 1946. ― Vol. 13, № 7. ― P. 2171‒2173.
31. Пинес, Б. Я. Самодиффузия и гетеродиффузия в неоднородных пористых телах. Ч. II. Прямой и обратный эффект Френкеля / Б. Я. Пинес, А. Ф. Сиренко // ЖТФ. ― 1958. ― Т. 28, № 8. ― С. 1748‒1952.
32. Belyakov, A. V. Synthesis of aluminomagnesian spinel with excess magnesium oxide under varying flow rates of cation mass transfer / A. V. Belyakov, P. P. Faikov, A. N. Tsvigunov [et al.] // Glass and Ceramics. ― 2006. ― Vol. 63, № 1/2. ― P. 46‒51.
33. Андрианов, Н. Т. Спекаемость шпинельных порошков, полученных золь-гель методом / Н. Т. Андрианов, П. П. Файков // Тр. междунар. научно-практической конф. «Наука и технология силикатных материалов ― настоящее и будущее». Т. 2. ― СПб. : Изд-во Центра профессионального обновления «Информатизация образования», 2003. ― С. 119‒124.
34. Балкевич, В. Л. Керамика на основе твердых растворов кремнезема в муллите / В. Л. Балкевич, А. В. Беляков, Е. Р. Менькова [и др.] // Тр. МХТИ им. Д. И. Менделеева. ― 1985. ― Вып. 137. ― С. 77‒87.
35. Belyakov, A. V. Solid solution of silicon oxide in mullite / A. V. Belyakov // Glass and Ceramics. ― 2003. ― Vol. 60, № 11/12. ― P. 402‒405.
36. Торопов, Н. А. Диаграммы состояния силикатных систем / Н. А. Торопов, В. П. Барзаковский, В. В. Лапин [и др.]. ― Л. : Наука, 1969. ― 546 с.
37. Галахов, Ф. Я. Характер плавления муллита 3Al2O3·2SiO2 / Ф. Я. Галахов // Изв. АН СССР. Неорган. матер. ― 1980. ― Т. 16, № 2. ― С. 305‒308.
38. Askay I. A. Mullite for structural, electronic and optical applications / I. A. Askay, D. M. Dabbs, М. Sarikaya // J. Am. Ceram. Soc. ― 1991. ― Vol.74, № 10. ― P. 2343‒2358.
39. Konopicky, K. Einfluss einer reduzierender Atmosphare auf den Aufban von Mullit mit Sauerstoffdefizit / K. Konopicky, J. Patzak // Deut. Keram. Ges. ― 1974. ― Bd 51, № 10. ― S. 258‒290.
40. Chaudhuri S. P. The distinction between mullite and silimanite : a review / S. P. Chaudhuri // Interceram. ― 1981. ― Vol. 30, № 4. ― P. 404‒406.
41. Kantserova, M. R. Effect of a structure-size factor on the catalytic properties of complex oxide compositions in the reaction of deep methane oxidation / M. R. Kantserova, S. N. Orlik // Kinetics and Catalysis. ― 2007. ― Vol. 48, № 3. ― P. 414‒429.
42. Kameoka S. Self-assembled porous nano-composite with high catalytic performance by reduction of tetragonal spinel CuFe2O4 / S. Kameoka, T. Tanabe, A. P. Tsai // Applied Catalysis A: General. ― 2010. ― Vol. 375, № 1. ― P. 163‒171.
43. Ferrandon, M. Bimetallic Ni‒Rh catalysts with low amounts of Rh for the steam and autothermal reforming of n-butane for fuel cell applications / M. Ferrandon, A. J. Kropf, T. Krause // Applied Catalysis A: General. ― 2010. ― Vol. 379, № 1/2. ― P. 121‒128.
44. Lorentzou, S. Aerosol spray pyrolysis synthesis of water-splitting ferrites for solar hydrogen production / S. Lorentzou, C. C. Agrafiotis, A. G. Konstandopoulos // Granular Matter. ― 2008. ― Vol. 10. ― P. 113‒122.
45. Sameeh, M. Cation distribution, composition effect on magnetic and electrical properties of nano ZnMn2‒xCrxO4 (x = 0, 1, 2) / M. Sameeh, M. Khairy, T. Esawy [et al.] // J. Мater. Res. Technol.. ― 2022. ― Vol. 19. ― P. 877‒898.
46. Пенкаля, Т. Очерки кристаллохимии / Т. Пенкаля. ― Л. : Химия, 1974. ― 496 с.
47. Яроцкая, Е. Г. Муллит и его изоморфные замещения : обзор / Е. Г. Яроцкая, П. П. Федоров // Конденсированные среды и межфазные границы. ― 2018. ― Т. 20, № 4. ― C. 537‒544.
48. Cameron, W. E. Mullite a substituted alumina / W. E. Cameron // Am. Mineralogist. ― 1977. ― Vol. 62. ― P. 747‒755.
49. Padlewski, S. A. Microscopic model for a very stable incommensurate modulated structure: mullite / S. А. Padlewski, V. Heine, G. D. Price // J. Phys.: Condens. Matter. ― 1993. ― Vol. 5. ― P. 3417‒3430.
50. Федоров, П. П. Условия образования бертоллидных фаз / П. П. Федоров // Журн. неорган. химии. ― 2012. ― Т. 57. ― C. 1033‒1043.
Supplementary files
For citation: Belyakov A.V. Point defects in complex inorganic compounds, spinel inverted, Kirkendall ‒ Frenkel effects. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2024;(5):83-92. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-5-83-92
Refbacks
- There are currently no refbacks.