Особенности синтеза три- и тетрабората лития в субсолидусной области

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Целью работы являлось исследование закономерностей преобразования кристаллической структуры фаз, образующихся в процессе синтеза поликристаллических три- и тетрабората лития. В области существования трибората лития (LiB3O5) и тетрабората лития (Li2B4O7) системы Li2O – B2O3 синтезированы поликристаллические порошки LiB3O5 и Li2B4O7. В качестве исходных реактивов выбраны карбонат лития (Li2CO3) и борная кислота (H3BO3). Опробованы два способа синтеза: осаждение из раствора и твердофазный синтез. Показано, что оптимальным вариантом кристаллизации LiB3O5 и Li2B4O7 является непосредственное спекание механически измельченной стехиометрической смеси исходных веществ. Специфика кристаллизации боратов лития исследовалась в температурном интервале от 500 до 850 °C. Пробоотбор проводился через каждые 50 °C. Установлены частные фазовые портреты, то есть совокупность характеристик процесса в зависимости от уровня организации частиц вещества, субсолидусной кристаллизации из исходной смеси реагентов три- и тетрабората лития на фазовом, локальном и структурном уровнях. На фазовом уровне в смеси со стехиометрией трибората лития максимум преобразования кристаллических фаз наблюдается в области 500–600 °C, для тетрабората лития температурный максимум находится в диапазоне 600–700 °C. Последовательность фазовых преобразований при этом остается практически неизменной и происходит по схеме: исходные вещества – промежуточные мета-стабильные фазы – конечные бораты. Локальный уровень фазовых портретов характеризует взаимодействие координационных полиэдров, образующих кристаллическую решетку исследованных фаз: твердофазный синтез кристаллического LiB3O5 из исходных Li2CO3 и H3BO3 происходит за счет перехода (BO3)3- → (B3O7)5-, а при получении Li2B4O7 реализуется схема (BO3)3- → (B4O9)6-. На уровне кристаллической структуры таким переходам соответствуют преобразования моноклинной решетки первичных фаз Li2CO3 и H3BO3 в ромбическую и тетрагональную структуру LiB3O5 и Li2B4O7 соответственно. Промежуточной ступенью такого преобразования являются тригональный цепочечный метаборат LiBO2 и метастабильный Li2B8O13.

Об авторах

С. Г. Мамонтова

Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН

Email: svelta@igc.irk.ru

A. А. Дергин

Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН

Email: dergin@igc.irk.ru

А. И. Непомнящих

Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН

Email: ainep@igc.irk.ru

Е. В. Канева

Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН

Email: kaneva@igc.irk.ru

Список литературы

  1. Anjaiah J., Laxmikanth C., Veeraiah N., Kristaiah P. Luminescence properties of Pr3+ doped Li2O– MO–B2O3 glasses // Journal of Luminescence. 2015. Vol. 161. P. 147–153. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2015.01.007
  2. Pawar P.P., Munishwar S.R., Gedam R.S. Intense white light luminescent Dy3+ doped lithium borate glasses for W-LED: A correlation between physical, thermal, structural and optical properties // Solid State Sciences. 2017. Vol. 64. P. 41–50. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2016.12.009
  3. Laorodphan N., Kidkhunthod P., Khajonrit J., Montreeuppathum A., Chanlek N., Pinitsoontorn S., et al. Effect of B2O3 content on structure-function of vanadium‑lithium-borate glasses probed by synchrotron-based XAS and vibrating sample magnetrometry technique // Journal of Non-Crystalline Solids. 2018. Vol. 497. P. 56–62. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2018.04.045
  4. Saidu A., Wagiran H., Saeed M.A., Obayes H.K., Bala A., Usman F. Thermoluminescence response of rare earth activated zinc lithium borate glass // Radiation Physics and Chemistry. 2018. Vol. 144. P. 413–418. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2017.10.004
  5. Neumair S.C., Vanicek S., Wurst K., Huppertz H., Kaindl R., Többens D.M. High-pressure synthesis and crystal structure of the lithium borate HP-LiB3O5 // Journal of Solid State Chemistry. 2011. Vol. 184. Issue 9. P. 2490–2497. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2011.07.011
  6. Sanyal B., Goswami M., Shobha S., Prakasan V., Chawla S.P., Krishnan M., et al. Synthesis and characterization of Dy3+ doped lithium borate glass for thermoluminescence dosimetry // Journal of Non-Crystalline Solids. 2017. Vol. 475. P. 184– 189. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2017.09.016
  7. Ramteke D.D., Ganvira V.Y., Munishwar S.R., Gedam R.S. Concentration Effect of Sm3+ Ions on Structural and Luminescence Properties of Lithium Borate Glasses // Physics Procedia. 2015. Vol. 76. P. 25–30. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.10.005
  8. Kindrat I.I., Padlyak B.V., Drzewiecki A. Luminescence properties of the Sm-doped borate glasses // Journal of Luminescence. 2015. Vol. 166. P. 264–275. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2015.05.051
  9. Mhareb M.H.A., Hashim S., Ghoshal S.K., Alajerami Y.S.M., Bqoor M.J., Hamdan A.I., et al. Effect of Dy2O3 impurities on the physical, optical and thermoluminescence properties of lithium borate glass // Journal of Luminescence. 2016. Vol. 177. P. 366–372. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2016.05.002
  10. Danilyuk P.S., Volovich P.N., Rizak V.M., Puga P.P., Gomonai A.I., Krasilinets V.N. X-ray luminescence and spectroscopic characteristics of Er3+ ions in a glassy lithium tetraborate matrix // Optics and Spectroscopy. 2015. Vol. 118. Issue 6. P. 924–929. https://doi.org/10.1134/S0030400X15060089
  11. Rimbach A.C., Steudel F., Ahrens B., Schweizer S. Tb3+, Eu3+, and Dy3+ doped lithium borate and lithium aluminoborate glass: Glass properties and photoluminescence quantum efficiency // Journal of Non-Crystalline Solids. 2018. Vol. 499. P. 380–386. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2018.07.029
  12. Bødker M.S., Mauro J.C., Youngman R.E., Smedskjaer M.M. Statistical mechanical modeling of borate glass structure and topology: prediction of superstructural units and glass transition temperature // Journal of physical chemistry b: biophysical chemistry, biomaterials, liquids, and soft matter. 2019. Vol. 123. Issue 5. P. 1206–1213. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.8b11926
  13. Rollet A.P., Bouaziz R. The binary system: lithium oxide-boric anhydride // Comptes Rendus de l'Académie des Sciences. 1955. Vol. 240. Issue 25. P. 2417–2419.
  14. Sastry B.S.R., Hummel F.A. Studies in Lithium Oxide Systems: I, Li2O-B2O3 // Journal of the American Ceramic Society. 1958. Vol. 41. Issue 1. P. 7–17. https://doi.org/10.1111/j.11512916.1958.tb13496.x
  15. Мешалкин А.Б. Исследование фазовых равновесий и оценка термодинамических свойств расплавов в бинарных боратных системах // Теплофизика и аэромеханика. 2005. Т 12. N 4. С. 669–684.
  16. Воронько Ю.К., Соболь А.А., Шукшин В.Е. Исследование фазовых превращений в LiB3O5 и Li2B4O7 при нагревании и плавлении методом спектроскопии комбинационного рассеяния света // Неорганические материалы. 2013. Т. 49. N 9. С. 991–997. https://doi.org/10.7868/S0002337X13090200
  17. Bazarova Zh.G., Nepomnyashchikh A.I., Kozlov A.A., Bogdan-Kurilo V.D., Bazarov B.G., Subanakov A.K., et al. Phase Equilibria in the Sys-tem Li2O–MgO–B2O3 // Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2007. Vol. 52. Issue 12. P. 1971–1973. https://doi.org/10.1134/S003602360712025X
  18. Depci T., Özbayoğlu G., Yilmaz A. The effect of different starting materials on the synthesis of lithium triborate // Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2007. Vol. 41. P. 101–105.
  19. Mikhailov M.A., Mamontova S.G., Zelentcov S.Z., Demina T.V., Belozerova O.Yu., Bogdanova L.A. On the Coexistence of Chemically Similar Stable and Metastable Phases in the BeO–MgO–Al2O3– SiO2 System // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2018. Vol. 12. Issue 4. P. 756–760. https://doi.org/10.1134/S1027451018040328
  20. Gorelik V.S., Vdovin A.V., Moiseenko V.N. Raman and hyperrayleigh scattering in lithium tetraborate crystals // Journal of Russian Laser Research. 2003. Vol. 24. Number 6. P. 553–605. https://doi.org/10.1023/B:JORR.0000004168.99752.0e

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


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».