Борид иттрия относится к кристаллическому материалу, состоящему из различных пропорций иттрия и бора , например YB 2 , YB 4 , YB 6 , YB 12 , YB 25 , YB 50 и YB 66 . Все они представляют собой твердые твердые вещества серого цвета с высокой температурой плавления. Наиболее распространенной формой является гексаборид иттрия YB 6 . Он проявляет сверхпроводимость при относительно высокой температуре 8,4 К и, подобно LaB 6 , является электронным катодом . Еще один замечательный борид иттрия — YB 66 . Он имеет большую постоянную решетки (2,344 нм), высокую термическую и механическую стабильность, поэтому используется в качестве дифракционной решетки для низкоэнергетического синхротронного излучения (1–2 кэВ).
Диборид иттрия имеет ту же гексагональную кристаллическую структуру, что и диборид алюминия и диборид магния – важный сверхпроводящий материал. Его символ Пирсона — hP3 , пространственная группа P6/mmm (№ 191), a = 0,33041 нм, c = 0,38465 нм, а расчетная плотность — 5,05 г/см 3 . [3] В этой структуре атомы бора образуют графитоподобные листы с атомами иттрия между ними. Кристаллы YB 2 неустойчивы к умеренному нагреванию на воздухе – они начинают окисляться при 400 °С и полностью окисляются при 800 °С. [4] YB 2 плавится при температуре ~2100 °C. [5]
YB 4 имеет тетрагональную кристаллическую структуру с пространственной группой P4/mbm (№ 127), символ Пирсона tP20 , a = 0,711 нм, c = 0,4019 нм, расчетная плотность 4,32 г/см 3 . [6] Высококачественные кристаллы YB 4 размером в несколько сантиметров можно вырастить методом многопроходной плавающей зоны . [7]
YB 6 представляет собой черный порошок без запаха плотностью 3,67 г/см 3 ; он имеет ту же кубическую кристаллическую структуру, что и другие гексабориды ( CaB 6 , LaB 6 и т. д., см. информационный блок). [2] Высококачественные кристаллы YB 6 размером в несколько сантиметров можно вырастить методом многопроходной плавающей зоны . [7] [8] YB 6 является сверхпроводником с относительно высокой температурой перехода (начала) 8,4 К. [8] [9]
Кристаллы YB 12 имеют кубическую структуру с плотностью 3,44 г/см 3 , символ Пирсона cF52 , пространственная группа Fm 3 м (№ 225), а = 0,7468 нм. [10] Его структурной единицей является 12- кубооктаэдр . Температура Дебая YB 12 составляет ~1040 К, и он не является сверхпроводящим при температуре выше 2,5 К. [11]
Структура боридов иттрия с соотношением B/Y 25 и выше состоит из сетки икосаэдров B 12 . Боровый каркас YB 25 является одним из самых простых среди боридов на основе икосаэдров – он состоит только из одного вида икосаэдров и одного мостикового узла бора. Мостиковый узел бора тетраэдрически координирован четырьмя атомами бора. Этими атомами являются еще один атом бора в узле противомостика и три экваториальных атома бора одного из трех икосаэдров B 12 . Иттриевые площадки имеют частичную заселенность ок. 60–70%, а формула YB 25 просто отражает среднее атомное отношение [B]/[Y] = 25. И атомы Y, и икосаэдры B 12 образуют зигзаги вдоль оси x . Мостиковые атомы бора соединяют три экваториальных атома бора трех икосаэдров, и эти икосаэдры образуют сеть, параллельную плоскости кристалла (101) ( плоскость x - z на рисунке). Расстояние между мостиковым бором и экваториальными атомами бора составляет 0,1755 нм, что характерно для прочной ковалентной связи BB (длина связи 0,17–0,18 нм); таким образом, мостиковые атомы бора укрепляют отдельные плоскости сетки . С другой стороны, большое расстояние между атомами бора внутри мостика (0,2041 нм) обнаруживает более слабое взаимодействие, и, таким образом, мостиковые сайты мало вносят вклад в связь между плоскостями сетки. [12] [13]
Кристаллы YB 25 можно вырастить путем нагревания прессованной таблетки иттрия (Y 2 O 3 ) и порошка бора до ~1700 °С. Фаза YB 25 стабильна до 1850 °C. Выше этой температуры он разлагается на YB 12 и YB 66 , не плавясь. Это затрудняет выращивание монокристалла YB 25 методом выращивания из расплава. [12]
Кристаллы YB 50 имеют орторомбическую структуру с пространственной группой P2 1 2 1 2 (№ 18), a = 1,66251 нм, b = 1,76198 нм, c = 0,94797 нм. Их можно вырастить, нагревая спрессованную таблетку порошка иттрия (Y 2 O 3 ) и бора до ~1700 0 C. Выше этой температуры YB 50 разлагается на YB 12 и YB 66 без плавления. Это затрудняет выращивание монокристалла YB 50 методом выращивания из расплава. Редкоземельные элементы от Tb до Lu также могут кристаллизоваться в форме М 50 . [14]
YB66 was discovered in 1960[17] and its structure was solved in 1969.[16] The structure is face-centered cubic, with space group Fm3c (No. 226), Pearson symbol cF1936 and lattice constant a = 2.3440(6) nm. There are 13 boron sites B1–B13 and one yttrium site. The B1 sites form one B12 icosahedron and the B2–B9 sites make up another icosahedron. These icosahedra arrange in a thirteen-icosahedron unit (B12)12B12 which is called supericosahedron. The icosahedron formed by the B1 site atoms is located at the center of the supericosahedron. The supericosahedron is one of the basic units of the boron framework of YB66. There are two types of supericosahedra: one occupies the cubic face centers and another, which is rotated by 90°, is located at the center of the cell and at the cell edges. Thus, there are eight supericosahedra (1248 boron atoms) in the unit cell.[15]
Другой структурной единицей YB 66 является кластер B 80 из 80 позиций бора, образованный позициями B10–B13. [15] Все эти 80 объектов частично заняты и в общей сложности содержат лишь ок. 42 атома бора. Кластер B 80 расположен в центре тела октанта элементарной ячейки, т.е. в позиции 8а ( 1/4, 1/4, 1/4); таким образом, на элементарную ячейку приходится восемь таких кластеров (336 атомов бора). Два независимых структурных анализа [15] [16] пришли к одному и тому же выводу, что общее число атомов бора в элементарной ячейке составляет 1584. Борная каркасная структура YB 66 показана на рисунке справа. Схематический рисунок под ним указывает взаимную ориентацию суперикосаэдров, а кластеры В 80 изображены светло-зелеными и темно-зелеными сферами соответственно; на верхней поверхности элементарной ячейки относительная ориентация суперикосаэдров указана стрелками. В элементарной ячейке имеется 48 иттриевых позиций ((0,0563, 1/4, 1/4) для YB 62 [15] ). Фиксация занятости позиции Y до 0,5 приводит к 24 атомам Y в элементарной ячейке и химическому составу YB 66 ; эта заселенность 0,5 означает, что пара иттрия всегда имеет один атом Y с одним пустым местом. [16]
YB 66 имеет плотность 2,52 г/см 3 , низкую теплопроводность 0,02 Вт/(см·К), упругие постоянные c 11 = 3,8×10 9 и c 44 = 1,6×10 9 Ньютон/м 2 и температуру Дебая 1300 К. [18] Как и все бориды иттрия, YB 66 является твердым материалом и имеет твердость по Кнупу 26 ГПа. [19] Высококачественные кристаллы YB 66 размером в несколько сантиметров могут быть выращены методом многопроходной плавающей зоны и использованы в качестве рентгеновских монохроматоров. [20]
Большая элементарная ячейка YB 66 приводит к большой постоянной решетки 2,344 нм. [18] Это свойство в сочетании с высокой термической и механической стабильностью привело к использованию YB 66 в качестве дисперсионных элементов рентгеновских монохроматоров излучения низкой энергии (1–2 кэВ). [21] [22]