stringtranslate.com

Бориды иттрия

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).

YB 2 (диборид иттрия)

Структура YB 2

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 (тетраборид иттрия)

Структура YB 4

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 (гексаборид иттрия)

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]

YB 12 (додекаборид иттрия)

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]

ЮБ 25

Кристаллическая структура YB 25 . Черные и зеленые сферы обозначают атомы Y и B соответственно. [12]

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]

ЮБ 50

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

Two single crystals of YB66 grown by floating zone technique using (100) oriented seeds. In the top crystal, the seed (left from the black line) has same diameter as the crystal. In the bottom crystal (sliced), the seed is much thinner and is on the right
(a) Thirteen-icosahedron unit (B12)12B12 (supericosahedron), and (b) B80 cluster unit of the YB66 structure. The excessive bonding in panel (b) is because it assumes that all sites are occupied, whereas the total number of boron atoms is only 42.[15]
The boron framework of YB66 viewed along the z-axis.[16]
Left: Schematically drawn boron framework of YB66. Light green spheres show the boron supericosahedra and their relative orientations are indicated by arrows. Dark green spheres correspond to the B80 clusters. Right: Pair of Y sites (pink spheres) in YB66. Light green spheres show the boron supericosahedron and dark green spheres correspond to the B80 clusters.[15]

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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Бененсон, Уолтер; Харрис, Джон В.; Штекер, Хорст; Лутц, Хольгер (13 января 2006 г.). Справочник по физике. Springer Science & Business Media. п. 785. ИСБН 978-0-387-95269-7.
  2. ^ abc Блюм, П.; Берто, Ф. (1954). «Вклад в исследование буранов в области высоких технологий». Акта Кристаллографика . 7 : 81–86. дои : 10.1107/S0365110X54000151 .
  3. ^ Рогл, П.; Клеснар, HP (1990). «Фазовые отношения в тройных системах редкоземельный металл (РЭ)-бор-азот, где RE = Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu, Sc и Y». Высокие температуры – высокие давления . 22 : 453–457.
  4. ^ Песня, Ю; Чжан, Шую; Ву, Син (2001). «Окисление и электронная теплоемкость YB 2 ». Журнал сплавов и соединений . 322 (1–2): Л14–Л16. дои : 10.1016/S0925-8388(01)01213-0.
  5. ^ Хейн, Хильтруда; Кеппель, Клаус; Веттер, Урсула; Варкентин, Эберхард (29 июня 2013 г.). Sc, Y, Ла-Лу. Редкоземельные элементы: соединения с бором. Springer Science & Business Media. п. 130. ИСБН 978-3-662-07503-6.
  6. ^ Лин, С; Чжоу, LW; Джи, CS; Уоллаш, А.; Кроу, Дж. Э. (1987). «Эффекты гибридизации. Эволюция от немагнитного к магнитному поведению в системах на основе урана». Журнал менее распространенных металлов . 133 : 67–75. дои : 10.1016/0022-5088(87)90461-9.
  7. ^ аб Отани, С; Корсукова, М.М.; Мицухаси, Т.; Киеда, Н. (2000). «Выращивание в плавающей зоне и высокотемпературная твердость монокристаллов YB 4 и YB 6 ». Журнал роста кристаллов . 217 (4): 378. Бибкод : 2000JCrGr.217..378O. дои : 10.1016/S0022-0248(00)00513-3.
  8. ^ аб Фиск, З.; Шмидт, PH; Лонгинотти, LD (1976). «Выращивание монокристаллов YB 6 ». Матер. Рез. Бык . 11 (8): 1019. дои : 10.1016/0025-5408(76)90179-3.
  9. ^ Сабо, Павол; Качмарчик, Йозеф; Сэмюэли, Питер; Гировский, Ян; Габани, Славомир; Флахбарт, Кароль; Мори, Такао (2007). «Сверхпроводящая энергетическая щель YB 6 , изученная методом точечной контактной спектроскопии». Физика С. 460–462: 626. Бибкод : 2007PhyC..460..626S. doi :10.1016/j.physc.2007.04.135.
  10. ^ Харима, Х; Янасэ, А.; Касуя, Т. (1985). «Энергетическая зонная структура YB 12 и LuB 12 ». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 47–48: 567–569. Бибкод : 1985JMMM...47..567H. дои : 10.1016/0304-8853(85)90496-2.
  11. ^ Чопник, А; Шицевалова, Н; Плужников В; Кривчиков А; Падерно, Ю; Онуки, Ю (2005). «Низкотемпературные термические свойства додекаборидов иттрия и лютеция». Физический журнал: конденсированное вещество . 17 (38): 5971. Бибкод : 2005JPCM...17.5971C. дои : 10.1088/0953-8984/17/38/003. S2CID  96415786.
  12. ^ abc Танака, Т; Окада, С.; Ю, Ю.; Исидзава, Ю. (1997). «Новый борид иттрия: YB25». Журнал химии твердого тела . 133 (1): 122–124. Бибкод : 1997JSSCh.133..122T. дои : 10.1006/jssc.1997.7328.
  13. ^ Корсукова М.М., Гурин В.Н., Кузьма Ю.Б., Чабан Н.Ф., Чихрий С.И., Мощалков В.В., Браудт Н.Б., Гиппиус А.А., Нян К.К. (1989). «Кристаллическая структура, электрические и магнитные свойства новых тройных соединений LnAlB 4 ». Физический статус Солиди А. 114 (1): 265. Бибкод : 1989ПССАР.114..265К. дои : 10.1002/pssa.2211140126.
  14. ^ Танака, Т; Окада, С; Исидзава, Ю (1994). «Новый высший борид иттрия: YB50». Журнал сплавов и соединений . 205 (1–2): 281–284. дои : 10.1016/0925-8388(94)90802-8.
  15. ^ abcdef Хигаши I, Кобаяши К, Танака Т, Ишизава Ю (1997). «Уточнение структуры YB 62 и YB 56 конструкции типа YB 66 ». J. Химия твердого тела . 133 (1): 16. Бибкод : 1997JSSCh.133...16H. дои : 10.1006/jssc.1997.7308.
  16. ^ abcd Ричардс С.М., Каспер Дж.С. (1969). «Кристаллическая структура YB66» (PDF) . Акта Кристаллогр. Б. _ 25 (2): 237. doi :10.1107/S056774086900207X.
  17. ^ Сейболт AU (1960). «Исследование сплавов с высоким содержанием бора». Пер. Являюсь. Соц. Металлы . 52 : 971–989.
  18. ^ AB Оливер, Д; Брауэр, Дж. (1971). «Выращивание монокристалла YB 66 из расплава ☆». Журнал роста кристаллов . 11 (3): 185. Бибкод : 1971JCrGr..11..185O. дои : 10.1016/0022-0248(71)90083-2.
  19. ^ Швец, К.; Эттмайер, П.; Киффер, Р.; Липп, А. (1972). «Über die Hektoboridphasen der Lanthaniden und Aktiniden». Журнал менее распространенных металлов . 26:99 . дои :10.1016/0022-5088(72)90012-4.
  20. ^ Танака, Т; Отани, Сигеки; Исидзава, Ёсио (1985). «Приготовление монокристаллов YB 66 ». Журнал роста кристаллов . 73 (1): 31–36. Бибкод : 1985JCrGr..73...31T. дои : 10.1016/0022-0248(85)90326-4.
  21. ^ Карге, Х.Г.; Беренс, П. и Вейткамп, Йенс (2004). Характеристика I: Наука и технологии. Спрингер. п. 463. ИСБН 3-540-64335-4.
  22. ^ Вонг, Джо; Танака, Т.; Роуэн, М.; Шеферс, Ф.; Мюллер, БР; Рек, ЗУ (1999). «YB66 – новый монохроматор мягкого рентгеновского излучения для синхротронного излучения. II. Характеристика». Дж. Синхротронное излучение . 6 (6): 1086. дои : 10.1107/S0909049599009000 .