Температура и энтальпия плавления нанооксидов UO₂ и ThO₂ различной морфологии

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В настоящей статье термодинамическим методом изучена зависимость температуры плавления и энтальпии плавления от характерного размера и морфологии нанообъектов, состоящих из UO₂ и ThO₂. Показано, что влияние характерного размера и морфологии на энтальпию и температуру плавления нанообъектов UO₂ и ThO₂ становится заметным, когда их характерный размер составляет менее 20 нм. Резкое снижение температуры плавления происходит, когда характерный размер наночастиц, нанопроволок и тонких пленок UO₂ и ThO₂ составляет менее 5, 4 и 3 нм соответственно. Во всех случаях размерный эффект уменьшается в последовательности сферические наночастицы – нанопроволоки – тонкие пленки. Установлено, что при объединении отдельно стоящих наночастиц UO₂ и ThO₂ в наноструктурированные нанообъекты размерный эффект также уменьшается. Результаты расчетов, полученные в настоящей работе, хорошо согласуются с результатами расчетов, полученных методом молекулярной динамики и экспериментальными данными, доступными в литературе.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. П. Чернышев

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН; Новосибирский государственный технический университет

Author for correspondence.
Email: alfred.chernyshev@solid.nsc.ru
Russian Federation, Новосибирск; Новосибирск

References

  1. Spino J., Santa Cruz H., Jovani-Abril R. et al. // J. Nucl. Mater. 2012. V. 422. P. 27. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2011.11.056
  2. Khanal L.R., Sundararajan J.A., Qiang Y. // Energy Technol. 2020. V. 8. P. 1901070. https://doi.org/10.1002/ente.201901070
  3. Leduc J., Frank M., Jürgensen L. et al. // ACS Catal. 2019. V. 9. P. 4719. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b04924
  4. Amidani L., Plakhova T.V., Romanchuk A. Yu. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2019. V. 21. P. 10635. https://doi.org/10.1039/C9CP01283D
  5. Gerber E., Romanchuk A. Yu., Pidchenko I., et al. // Nanoscale. 2020. V. 12. P. 18039. https://doi.org/10.1039/D0NR03767B
  6. Bonato L., Virot M., Dumas T.A. et al. // Nanoscale Adv. 2020. V. 2. № 1. P. 214. https://doi.org/10.1039/C9NA00662A
  7. Moreau L.M., Herve A., Straub M.D. et al. // Chem. Sci. 2020. V. 11. P. 4648. https://doi.org/10.1039/C9SC06117G
  8. Shi F.G. // J. Mater. Res. 1994. V.9. P. 1307. https://doi.org/10.1557/JMR.1994.1307
  9. Jiang Q., Wen Z. Thermodynamics of Materials. Berlin Heidelberg Higher Education Press, Beijing and Springer-Verlag, 2011, 298 p.
  10. Yang C.C., Mai Y.-W. // Materials Science and Engineering R: Reports. 2014. V. 79. P. 1.
  11. Боярченков А.С., Поташников С.И., Некрасов К.А., Купряжкин А.Я. // Расплавы. 2012. № 2. С. 32. Boyarchenkov A.S., Potashnikov S.I., Nekrasov K.A., Kupryazhkin A. Ya. // Russian Metallurgy (Metally). 2012. V. 8. № 8. P. 676. https://doi.org/10.1134/S0036029512080034
  12. Boyarchenkov A.S., Potashnikov S.I., Nekrasov K.A., Kupryazhkin A.Ya. // J. Nucl. Mater. 2012. V. 427. P. 311. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2012.05.023
  13. Махмуд-Ахунов Р.Ю., Тихончев М.Ю., Светухин В.В. // Журн. Техн. физики. 2013. Т. 83. № 8. С. 8. Makhmud-Akhunov R. Yu., Tikhonchev M. Yu., Svetukhin V.V. // Technical Physics. 2013. V. 58. № 8. P. 1094. https://doi.org/10.1134/S1063784213080197
  14. Cappia F., Hudry D., Courtois E. et al. // Mater. Res. Express. 2014. V. 1. P. 025034. doi: 10.1088/2053-1591/1/2/025034
  15. Cappia F., Jovani-Abril R., Spino J. et al. // Prog. Nucl. Energy. 2014. V. 72. P. 11. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2013.10.018
  16. Wilde G. // Advanced Engineering Materials. 2021. V. 23. P. 2001387. https://doi.org/10.1002/adem.202001387
  17. Guéneau C., Chartier A., Fossati P., et al. Comprehensive Nuclear Materials. V. 7. Amsterdam: Elsevier, 2020. P. 111–154. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.11786-2
  18. Manara D., Ronchi C., Sheindlin M. et al. // J. Nucl. Mater. 2005. V. 342. P. 148. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2005.04.002
  19. Konings R.J.M., Beneš O., Kovács A. et al. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2014. V. 43. P. 013101. https://doi.org/10.1063/1.4825256
  20. International Atomic Energy Agency. Thermophysical properties database of materials for light water reactors and heavy water reactors. Final report of a coordinated research project 1999–2005, Non-serial Publications / Ed. by Cognet G., Efanov A., Fortov V. et al. Vienna, IAEA-TECDOC-1496, IAEA, 2006. 397 p.
  21. Gilvarry J.J. // Phys. Rev. 1956. V. 102. № 2. P. 308. https://doi.org/10.1103/PhysRev.102.308
  22. Бацанов С.С. // Журн. физ. химии. 2012. Т. 86. № 11. С. 1890. Batsanov S.S. // Russ. J. Phys. Chem. V. 86. P. 1759. https://doi.org/10.1134/S0036024412110052
  23. Leinders G., Cardinaels T., Binnemans K., Verwerft M. // J. Nucl. Mater. 2015. V. 459. P. 135. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.01.029
  24. Zhu Y.F., Lian J.S., Jiang Q. // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. P. 16896. https://doi.org/10.1021/jp902097f
  25. Zhu Y.-F., Zhao N., Jin B. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2017. V. 19. P. 9253. https://doi.org/10.1039/C6CP08061H
  26. Hall R.O.A., Mortimer M.J. // J. Nucl. Mater. 1987. V. 148. P. 237. https://doi.org/10.1016/0022-3115(87)90017-1
  27. Jin M., Khafizov M., Jiang C. et al. // J. Phys. Condens. Matter. 2021. V. 33. P. 275402. https://doi.org/10.1088/1361-648X/abdc8f

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Dependences of the melting temperature on the characteristic size (D) of nanoobjects consisting of UO₂ (a) and ThO₂ (b). Nanoobjects of three types: nanoparticles (d = 0), nanowires (nanofibers) (d = 1), thin films (d = 2). Results of calculations using the molecular dynamics method: MOX-07 (▼), Goel-08 (♦), Yakub-09 (○) [11] and B-M (■) [13].

Download (97KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependences of the enthalpy of melting on the characteristic size (D) of nanoobjects consisting of UO₂ (a) and ThO₂ (b). Nanoobjects of three types: nanoparticles (d = 0), nanowires (nanofibers) (d = 1), thin films (d = 2). Results of calculations using the molecular dynamics method: MOX-07 (▼), Goel-08 (♦), Yakub-09 (○) [11].

Download (94KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependences of the melting temperature on the characteristic grain size of nanostructured oxides ThO₂ and UO₂. The experimental value from [14] is designated as (○).

Download (69KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependences of the enthalpy of melting on the characteristic grain size of nanostructured oxides ThO₂ and UO₂. Consequently, in accordance with the Lindemann melting criterion (1), the melting of nanocrystalline structures occurs at higher temperatures than the melting of the corresponding free-standing nanoparticles.

Download (81KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

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».