Хімія, фізика та технологія поверхні, 2017, 8 (4), 376-383.

Низькотемпературне формування силікату неодиму зі структурою апатиту в кремнеземній матриці



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp08.04.376

O. I. Oranska, Yu. I. Gornikov, A. V. Brichka, S. M. Makhno

Анотація


Досліджено фазові перетворення в композитах оксид неодиму – пірогенний кремнезем з різним молярним співвідношенням компонентів в межах від 1:1 до 1:20. Показано, що формування силікату неодиму Nd9.33Si6O26 зі структурою апатиту відбувається у всіх композитах за температури вище 900 °C. Утворення моно- або дисилікату неодиму спостерігається лише при температурах, близьких до 1400 °С, за умови відповідних стехіометричних співвідношень оксидів неодиму і кремнію. Виміри електричної провідності  композиту із співвідношенням оксидів 1:20, відпаленого при 1050 °C протягом 4 год (іонна провідність за киснем), узгоджуються з даними рентгенофазового та елементного аналізу. Показано, що даний композит має флуоресцентні властивості.


Ключові слова


силікат неодиму; апатитна структура; іонна провідність; флуоресцентні властивості; рентгенофазовий та елементний аналіз

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


1. Jiang C., Wu S., Ma Q., Mei Y. Synthesis and microwave dielectric properties of Nd2SiO5 ceramics. J. Alloys Compd. 2012. 544: 141. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.07.076

2. Ke S., Wang Y., Pan Z. Synthesis of Nd2Si2O7 ceramic pigment with LiCl as a mineralizer and its color property. Dyes and Pigments. 2014. 108: 98. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2014.04.031

3. Ke S., Wang Y., Pan Z. Effects of precipitant and surfactant on co-precipitation synthesis of Nd2Si2O7 ceramic pigment. Dyes and Pigments. 2015. 118: 145. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2015.03.016

4. Takeda N., Itagaki Y., Aono H., Sadaoka Y. Preparation and characterization of Ln9.33+x/3Si6-xAlxO26 (Ln=La, Nd and Sm) with apatite-type structure and its application to a potentiometric O2 gas sensor. Sens. Actuators, B. 2006. 115(1): 455. https://doi.org/10.1016/j.snb.2005.10.009

5. Kobayashi K., Sakka Y. Rudimental research progress of rare-earth silicate oxyapatites: their dentification as a new compound until discovery of their oxygen ion conductivity. J. Ceram. Soc. Japan. 2014. 122(8): 649. https://doi.org/10.2109/jcersj2.122.649

6. Miller R.O., Rase D.E. Phase equilibrium in the system Nd2O3–SiO2. J. Am. Ceram. Soc. 1964. 47(12): 653. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1964.tb13132.x

7. Masubuchi Y., Higuchi M., Kodaira K. Reinvestigation of phase relations around the oxyapatite phase in the Nd2O3–SiO2 system. J. Cryst. Growth. 2003. 247(1–2): 207. https://doi.org/10.1016/S0022-0248(02)01908-5

8. Saal J.E., Shin D., Stevenson A.J., Messing G.L., Liu Z.K. First-principles thermochemistry and thermodynamic modeling of the Al2O3–Nd2O3–SiO2–Y2O3 pseudoquaternary system. J. Am. Ceram. Soc. 2010. 93(12): 4158. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2010.03993.x

9. Devi S., Kumar S., Duhan S. Formation and structural characterization of nanocrystalline neodymium silicates prepared by the chemical process. International Journal of Electronics Engineering. 2010. 2(1): 205.

10. Li H., Baikie T., Pramana S.S., Shin J.F., Keenan P.J., Slater P.R., Brink F., Hester J., An T., White T.J. Hydrothermal synthesis, structure investigation, and oxide ion conductivity of mixed Si/Ge-based apatite-type phases. Inorg. Chem. 2014. 53(10): 4803. https://doi.org/10.1021/ic402370e

11. Borisova E.V., Ignatov A.V., Get'man E.I., Loboda S. N., Ardanova L.I., Pasechnik L.V., Ponurovsky V.S. Sol-gel synthesis, X-ray diffraction studies, and electric conductivity of sodium europium silicate. Hindawi Publishing Corporation Journal of Chemistry. 2013. 2013(Article ID 251349): 6 pages.

12. Hailea S.M., Wuensch B.J. X-ray diffraction study of K3NdSi7O17: a new framework silicate with a linear Si-O-Si bond. Acta Crystallogr., Sect. B: Struct. Sci. 2000. 56(5): 773. https://doi.org/10.1107/S0108768100006704

13. Oranska O.I., Gornikov Yu.I. Phase transformations in composites (SiO2)n(Al2O3)1-n / Nd2O3. Physical Phenomena in Solids: Proc. 12th Intern. Scientific Conf. (Kharkiv, 2015). P.115. [In Russian].

14. Oranska O.I., Gornikov Yu.I. Solid-state reactions in composites Nd2O3 - fumed silica with different content of Nd2O3. Chem. Phys. Technol. of Surface: Proc. All Ukr. Conf. with Intern. Part. (Kyiv, 2016). P.129.

15. Oranska O.I., Gornikov Yu.I. Phase transformations in nanocomposites based on fumed silica, alumina and rare earth oxides Ln2O3 (Ln = Nd, Gd). Him. Fiz. Technol. Poverhni. 2017. 7(2): 155. [In Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/hftp08.02.155

16. Oranska O.I., Brichka A.V., Gornikov Yu.I. Structure and optical properties of Nd2O3-, Nd9.33Si6O26-fumed silica composites. In: Chem. Phys. Technol. of Surface: Proc. All Ukr. Conf. with Intern. Part. (Kyiv, 2017). P.115.

17. Nakajima T., Nishio K., Ishigaki T., Tsuchiya T. Preparation and electrical properties of Lnx(SiO4)6O(1.5x−12) (Ln: Nd, La) with apatite structure. J. Sol-Gel Sci. Technol. 2005. 33(1): 107. https://doi.org/10.1007/s10971-005-6709-8

18. Kobayashi K., Sakka Y. Research progress in nondoped lanthanoid silicate oxyapatites as new oxygen-ion conductors. J. Ceram. Soc. Jpn. 2014. 122(11): 921. https://doi.org/10.2109/jcersj2.122.921

19. Liu H., Liao L., Zhang Y., Zhou T., Guo Q., Li L., Mei L. Structure refinement and luminescence properties of a novel apatite-type compound Mn2Gd8(SiO4)6O2. Dyes and Pigments. 2017. 140: 87. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2017.01.033

20. Isaev V.A., Kopytov G.F., Lebedev A.V., Plautskiy P.G. Structure and spectral luminescent properties of the silicates of rare earths with apatite structure. Scientific Journal of KubSAU. 2012. 78(04): 1. [In Russian].

21. Boratyrev V.M., Borysenko L.I., Oranska O.I., Galaburda M.V. Nanocomposites MXOY / SiO2 based on fumed silica and acetates Ni, Mn, Cu, Zn, Mg. Chem. Phys. Technol. of Surface. 2009. 15: 294. [In Russian].

22. Sulim I.Y., Borysenko M.V., Korduban O.M., Gun'ko V.M. Influence of silica morphology on characteristics of grafted nanozirconia. Appl. Surf. Sci. 2009. 255(17): 7818. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2009.04.185

23. Kulik K.S., Borysenko M.V. Synthesis and properties of nanocomposites CeO2 / SiO2. Chem. Phys. Technol. of Surface. 2009. 15: 303. [In Russian].

24. Okudera H., Yoshiasa A., Masubuchi Y., Kikkawa S. Determinations of crystallographic space group and atomic arrangements in oxide-ion-conducting Nd9.33(SiO4)6O2. Crystalline Materials. 2004. 219(1): 27. https://doi.org/10.1524/zkri.219.1.27.25399




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp08.04.376

Copyright (©) 2017 O. I. Oranska, Yu. I. Gornikov, A. V. Brichka, S. M. Makhno

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.