Неорганические материалы

В статье изложены результаты исследований по получению карбида титана из минерального концентрата без этапа химического выделения основного оксида TiO₂ с применением метода плазмохимического синтеза. На основе химического и фазового анализов продуктов синтеза обсуждаются химические реакции, протекающие при плазменном воздействии на подготовленную смесь из концентрата и карбидизатора. Описаны модель процесса деструктуризации сложных соединений минерального концентрата и синтез карбида титана. В качестве источника локального энергетического воздействия применена экспериментальная установка, содержащая электродуговой плазмотрон косвенного действия и генератор СВЧ-поля. Удельная энтальпия плазменной струи достигает ~3 кДж/г при среднемассовой скорости до 10 м/с, а дополнительное СВЧ-воздействие позволяет наращивать энергию плазмы и температуру процесса. Получен карбид титана высокой чистоты стехиометрического состава. Обоснована перспективность применения плазменных технологий для получения наноразмерных частиц карбида титана из титансодержащего минерального концентрата.

Углеродные нанотрубки могут быть использованы в качестве активной матрицы для размещения и переноса биомодулирующих компонентов. Представляется, что область применения таких систем может распространяться и на реакции аэробного и пероксидного окисления углеводородов. В работе исследованы железосодержащие многостенные углеродные нанотрубки (Fe@MУНТ) и дигидрат глицината марганца [NH₂CH₂COO]₂Mn∙2H₂O в качестве активной каталитической системы аэробного окисления углеводородов. Идентификацию полученных исходных соединений проводили с помощью инфракрасной спектроскопии, электронной микроскопии и элементного анализа. В качестве модельной тестовой реакции использован процесс аэробного окисления кумола. Установлено, что соединения, взятые отдельно, ускоряют реакцию в 10–12 раз по сравнению с контрольным образцом, тогда как при совместном использовании Fe@MУНТ и дигидрата глицината марганца скорость реакции возрастает многократно, достигая значения 373 мм³ О₂/мин. Предложена схема процесса окисления, описывающего наблюдаемый синергический эффект. Использование таких каталитических систем имеет интересную перспективу для дальнейших исследований в области бионеорганического катализа.

Методом зонной перекристаллизации градиентом температуры впервые синтезированы пятикомпонентные твердые растворы AlGaInSbP на подложке InP. Выполнен термодинамический анализ выращенных твердых растворов, определен состав, кристаллическое совершенство, а также измерены спектры фотолюминесценции. Термодинамический анализ твердых растворов Al_xGa_yIn_1–x–ySb_zP_1–z показал, что при 0.01 ≤ x ≤ 0.3, 0.0 ≤ y ≤ 1.0 и 0.0 ≤ z ≤ 0.6 они являются изопериодическими. В области составов 0.0 ≤ x ≤ 0.1, 0.0 ≤ y ≤ 1.0 и 0.2 ≤ z ≤ 0.7 твердый раствор склонен к спинодальному распаду. Методами линейной интерполяции рассчитаны параметры гетерофазных равновесий в системе Al_xGa_yIn_1–x–ySb_zP_1–z –InP в приближении регулярных растворов и выявлены области составов прямозонных (Г₈→Г₅) переходов при x = 0.1, 0.0 ≤ y ≤ 0.9, 0.0 ≤ z ≤ 1.0 и непрямозонных (Г₈→X₅) переходов при x = 0.1, 0.5 ≤ y ≤ 0.9, 0.0 ≤ z ≤ 0.7. Установлено, что в температурном интервале 773 ≤ T ≤ 973 K, градиентах температуры 10 ≤ G ≤ 80 K/см, толщине жидкой зоны 100 ≤ l ≤ 300 мкм эпитаксиальные слои AlGaInSbP имели шероховатость ~6 нм и высокое кристаллическое совершенство (B_H/2 ≈10″).

Нагреванием точных навесок ортотеллуровой кислоты, кристаллогидратов гептамолибдата аммония и нитрата висмута синтезированы и методом рентгеновской дифрактографии идентифицированы сложные оксиды теллура, молибдена и висмута Bi₂Mo₃O₁₂, Bi₆Mo₂Te₂O₂₁ и Bi₂Te₂O₈, являющиеся перспективными исходными веществами для получения висмутсодержащих теллуритно-молибдатных стекол. Методом реакционной калориметрии определены стандартные энтальпии образования этих сложных оксидов: −2940.3 ± 39.8 кДж/моль для Bi₂Mo₃O₁₂, −4128.6 ± 66.2 кДж/моль для Bi₆Mo₂Te₂O₂₁ и −1383.3 ± 11.5 кДж/моль для Bi₂Te₂O₈. Эти значения получены как разность стандартных энтальпий растворения перечисленных сложных оксидов и смесей бинарных оксидов соответствующего состава в концентрированной соляной кислоте.

В результате экстраполяции известных экспериментальных данных AnO₂ (An = Th, U–Bk), представленных в единой шкале, в которой энергия связи E_b(O 1s) = 529.9 эВ, оценены длины и энергии связей An 4f-электронов в AnO₂ (An = Cf–Lr). Для длин связей наблюдается качественное согласие с результатами, полученными в ионном приближении, а для энергий An 4f-электронов установлены значения с погрешностью ±0.4 эВ, что на порядок меньше известных табличных значений. Результаты о строении диоксидов актиноидов необходимы для релятивистских расчетов спектров рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии валентных электронов AnO₂, а энергии An 4f-электронов – для построения количественных схем молекулярных орбиталей AnO₂. Эти данные позволят изучить общие закономерности формирования особенностей электронного строения и характера химической связи в ряду AnO₂ (An = Th–Lr).

В работе исследованы фазовый состав и механические свойства керамики Si₃N₄ в зависимости от содержания Yb₂O₃. Показано, что для всех образцов основным компонентом межзеренной фазы было соединение Yb₄Si₂O₇N₂, а сопутствующими фазами – силикаты иттербия, количество которых возрастало с увеличением содержания Yb₂O₃ в исходных порошках. Выявлена тенденция к снижению прочности на изгиб с увеличением содержания спекающей добавки как при комнатной температуре, так и при 1600°С. Кривые перемещения-нагрузки при 1600°С показали пластический характер деформации и текучесть материала, которая росла с увеличением количества Yb₂O₃, что обусловлено неполной кристаллизацией межзеренной фазы.