Специалисты НИЯУ МИФИ разработали инновационный подход к синтезу сложных оксидов. Цель — достижение оптимальных характеристик материалов с широчайшим спектром применения. От матриц для безопасной утилизации радиоактивных отходов до керамики в современных теплозащитных покрытиях. Новые соединения также перспективны как жаропрочные покрытия для авиационных и турбинных двигателей. Результаты исследования представлены в журнале "Journal of Alloys and Compounds".
Фокус на фазовых переходах
Интенсивное изучение сложных оксидов в системах "Ln2O3 — MO2" (Ln — редкоземельные элементы, М — элемент подгруппы титана) обусловлено научным интересом к фазовому переходу "порядок-беспорядок". Речь идет о расположении атомов в кристаллической решетке.
Ограничения традиционных методов
Научные публикации обычно содержат данные о структуре и свойствах хорошо кристаллизованных соединений Ln2M2O7. Их получают методом твердофазного синтеза при высоких температурах. Однако ученых особенно интересует сам процесс перехода вещества из аморфного состояния в кристаллическое.
Авторы исследования отмечают, что стандартная методика не позволяет отследить формирование и эволюцию нанокристаллических структур. Это начальная стадия кристаллизации, когда упорядоченную структуру имеют лишь отдельные части вещества.
Инновационный синтез от НИЯУ МИФИ
Ученые НИЯУ МИФИ применили альтернативную технологию синтеза. Она основана на прокаливании при разных температурах изначально аморфных прекурсоров. Эти предшественники будущего вещества были получены методом соосаждения растворов солей соответствующих металлов.
Ключевое достижение: отслеживание эволюции структуры
"Нам впервые удалось детально проследить всю перестройку локальной атомной и электронной структуры данных сложных оксидов. От аморфного состояния через нанокристаллическое к конечной кристаллической структуре", — подчеркнул профессор кафедры физики твердого тела и наносистем Алексей Менушенков. "Мы доказали высокую чувствительность рентгеновской спектроскопии поглощения и спектроскопии комбинационного рассеяния к изменениям локальной электронной и атомной структур. Эти изменения зависят от типа редкоземельного элемента и метода синтеза", — добавил он.
Уникальный симбиоз методов анализа
Важнейшим аспектом работы стало комплексное применение передовых аналитических методик. Ученые использовали: рентгеновскую спектроскопию поглощения и рентгеновскую дифракцию с синхротронным излучением, спектроскопию комбинационного рассеяния и ИК-спектроскопию, рентгеновскую сканирующую электронную микроскопию с энергодисперсионным анализом и термогравиметрический анализ.
Такое сочетание сложных и ресурсоемких методов необходимо для получения полной картины перестройки катионной и анионной структуры вещества. Дополнительные методы обеспечили всесторонний анализ образцов.
Международное сотрудничество и практическая значимость
Исследование локальной атомной и электронной перестройки проводилось методами EXAFS и XANES рентгеновской спектроскопии поглощения. Работы выполнены на станции BM08 (LISA) Европейского центра синхротронных исследований ESRF (Гренобль, Франция). Проект HC-3039 по получению пучкового времени был выигран группой Менушенкова на конкурсной основе.
Ученые уверены: результаты имеют фундаментальное значение и открывают путь к оптимизации свойств сложных оксидов для практики. Помимо использования в теплозащитных покрытиях, матрицах для РАО и твердооксидных топливных элементах, новые вещества перспективны для создания нейтронопоглощающих материалов в ядерных реакторах.
Источник: scientificrussia.ru
