О термическом окислении и депассивации частиц железа в области зарождения и роста 1-мерных оксидных вискеров

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследованы процессы зарождения и роста металл-оксидных наноструктур при термическом оксидировании микрочастиц железа диаметром 0.5–1 мкм на стеклянной подложке в диапазоне температур 100°–600°С в нормальных атмосферных условиях. Согласно полученным экспериментальным результатам, состав оксидной оболочки, покрывающей частицы железа, существенно изменяется с изменением температуры отжига. Термообработка при 100°–300°С приводит к преимущественному образованию на поверхности частиц железа смеси Fe3O4 и γ-Fe2O3, с небольшим количеством α-Fe2O3, а отжиг при более высоких температурах приводит к дальнейшему окислению железа, а также фазовому превращению Fe3O4 и γ-Fe2O3 в наиболее термодинамически стабильную форму оксида железа α-Fe2O3. При термической обработке при 300°С и выше наблюдается локализация реакции формирования гематита: из сферических микрочастиц железа в радиальном направлении начинают расти 1-мерные нанонити гематита, что сопровождается депассивацией и ускорением роста оксидного слоя. Предположено, что причина роста наноусов гематита при окислении железа связана с автолокализацией топохимической реакции формирования маггемита на межфазной границе магнетит-гематит и механохимическим ускорением транспорта металла в растущие вискеры гематита за счет перепада внутренних напряжений в растущем оксидном слое.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. А. Котенев

Институт физической химии и электрохимии РАН им. А. Н. Фрумкина

Автор, ответственный за переписку.
Email: kotenev2006@yandex.ru
Россия, Москва, 105005, Ленинский пр., 31, к.4

Список литературы

  1. Ogale S.B. (ed.). Thin films and heterostructures for oxide electronics. – Springer Science & Business Media, 2005.
  2. Andrievskii R.A. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2013. V. 49. № 5. P. 528–540.
  3. Продан Е.А., Павлюченко М.М., Продан С.Л. Закономерности топохимических реакций. Минск: “Наука и техника”, 1976. 264 с.
  4. Popp J., & Mayerhöfer T. (Eds.). Micro-Raman Spectroscopy: Theory and Application. Walter de Gruyter GmbH & Co KG. 2020.
  5. Котенев В.А. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2023. Т. 59. № 1. С. 73–79.
  6. Kotenev V.A., Vysotskii, V.V. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2019, V. 55, P. 880–887.
  7. Kotenev V.A., Zhorin V.A., Kiselev M.R., Vysotskii V.V., Averin A.A., Roldugin V.I., Tsivadze A.Yu. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2014. V. 50. № 6. P. 792–796.
  8. Golgoon A., Aliofkhazrae M. , Toorani M. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2018. V. 54. P. 192–221.
  9. Петрунин М.А., Максаева Л.Б., Юрасова Т.А., Рыбкина А.А., Котенев В.А., Цивадзе А.Ю. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2023. Т. 59. № 6. С. 670–680.
  10. Fu Y., Chen J. , Zhang J. // Chem. Phys. Lett. 2001. V. 350. P. 491.
  11. Kotenev V.A., Kiselev M.R., Vysotskii V.V., Averin A.A., Tsivadze A.Y. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2016. V. 52. № 5. P. 825–831.
  12. Jubb A.M., Allen H.C. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2010. V. 2. № 10. P. 2804–2812. https://doi.org/10.1021/am1004943.
  13. Bersani D., Lotticil P.P., Montenero A. // J. Raman Spectrosc. 1999. V. 30. P. 355–60.
  14. Srivastava M., Ojha A.K., Chaubey S. et al. // J. Alloys Compd. 2010. V. 500. P. 206.
  15. Gilbert D.A., Olamit J., Dumas R.K., et al. // Nat. Commun. 2016. V. 7. P. 11050.
  16. de Faria D.L.A., Venancio Silva S., De Oliveira M.T. // J. Raman Spectrosc. 1997. V. 28. P. 873–878.
  17. Martin T., Merlin R., Huffman D., Cardona M. // Solid State Commun. 1977. V. 22. P. 565–567.
  18. Xu Y.Y., Zhao D., Zhang X.J., Jin W.T., Kashkarov P., and Zhang H. // Physica E. 2009. V. 41. P. 806.
  19. McCarty K.F. // Solid State Communications. 1988. V. 68. P. 799.
  20. Chernyshova I.V., Hochella M.F. , Madden A.S. // Phys.Chem. Chem. Phys. 2007. V. 9. P. 1736.
  21. Hanesch M. // Int. J. Geophys. 2009. V. 177. P. 941–948.
  22. Wang C.M., Baer D.R., Amonette J.E. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2009. V. 131. P. 8824–8832. https://doi.org/10.1021/ja900353f.
  23. Жорин В.А., Киселев М.Р., Котенев В.А. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf.. 2020. V. 56. № 4. In press.
  24. Stoia M., Istratie R., Pacurariu C. // J. Therm. Anal. Calorim. // Publ. on-line 24 March 2016, https://doi.org/10.1007/s10973–016–5393-y
  25. Khan U.S., Amanullah, Manan A. et al. // Materials Science-Poland. 2015. V. 3. P. 278–285.
  26. Mürbe J., Rechtenbach A., Töpfer J. // Materials Chemistry and Physics. 2008. V. 110. № 2–3. P. 426–433.
  27. Окисление металлов. Под ред. Бенара Ж.. М.: Металлургия. 1969. Т. 2. 444с.
  28. Sewell P.B., Cohen M. // J. Electrochem. Soc. 1964. V. 111. P. 508.
  29. Ramasubramainan N., Sewell P.B., Cohen M. // J. Electrochem. Soc. 1968. V. 115. N1. P. 12.
  30. Kotenev V.A., Sokolova N. P., Gorbunov A. M., A. Yu. Tsivadze // Protection of Metals. 2007. V. 43. № 6. P. 567–571.
  31. Cornell R.M., Schwertmann U. The iron oxides. Structure, properties, reactions, occurrences and uses. Weinheim, Germany: Wiley-VCH. 2003.
  32. Kotenev V.A. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2018. V. 54. P. 969–975.
  33. Velde B. and Couty R. // Journal of Non-Crystalline Solids. 1987. V. 94. P. 238–250.
  34. Lee J-H. // Sensors and Actuators. 2009. V. B140. P. 319–336.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Термогравиметрический анализ процессов оксидирования порошка частиц железа [22].

Скачать (135KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Металл-оксидные короначастицы железа, полученные термическим окислением частиц железа при различных температурах: а – начальные стадии депассивации при 300°С, б –окисление при 600°С с развитым ростом гематитовой “шевелюры”.

Скачать (273KB)
Метаданные
4. Рис.3. Накопленные и сглаженные спектры КР поверхности оксидного слоя на микроучастке образца (10*10 мкм), полученного программируемым термооксидированием при температурах 200°–600°С.

Скачать (359KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изменение интенсивности спектральных линий гематита α-Fe2O3 (221 см–1), магнетита Fe3O4 (669 см–1) и маггемита γ-Fe2O3 (740 см–1) с температурой окисления частиц железа.

Скачать (115KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».