Введение к работе
Актуальность темы. Внедрение современных научно-технических достижений п промышленность инициирует создание новых материалов, в частности, базирующихся на использовании химических соединений как известных в форме природных минералов, так и не имеющих природных аналогов, но успешно синтезируемых в лабораторных и промышленных условиях. Актуальным является создание сложных многокомпонентных фаз, свойствами которых можно плавно управлять путем постепенного изменения их состава. В настоящее время различные ниобаты находят все возрастающее применение для создания новых видов неорганических материалов.
К числу объектов, представляющих большой практический интерес в различных областях материаловедения, относятся ниобаты щелочных и редкоземельных элементов. Наибольший вклад в химию этих соединений внесли такие ученые как Н.А. Торопов, В.А. Исупов, В.Б. Глушкова, Г.А. Смоленский, A.M. Сыч, Е.Г. Фесенко, Л.М. Ковба и др. Интерес к этим соединениям обусловлен наличием у них ценных сегнето-, антисегне-тоэлектрических, электретных, люминесцентных и других свойств, что позволяет предположить наличие подобных свойств у сложных двойных ниобатов щелочных и редкоземельных элементов. Ввиду того, что свойства подобных фаз могут оказаться интересными и ценными в техническом отношении, исследование соответствующих систем с целью выявления новых соединений, пригодных для изготовления материалов и изделий с высокими эксплуатационными характеристиками, является актуальной задачей.
Работа выполнялась в соответствии с тематическими планами научно-исследовательских работ Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета) по научному направлению "Разработка способов и технологии получения новых материалов (жаропрочных, сверхтвердых и др.) на основе силикатных и тугоплавких неметаллических материалов".
Цель работы:
- изучение фазовых равновесий в системах MejO-LnjOr-NbiPs (где Me = Li, Na, Ln - редкоземельный элемент) методом частных сечений, проходящих через бинарные соединения, построение диаграмм состояния;
-синтез и физико-химическое исследование реализующихся в указанных системах двойных ниобатов щелочных и редкоземельных элементов, установление закономерностей их образования и стабильности в зависимости от условий синтеза и природы редкоземельных элементов;
-изучение электрических свойств соединений, реализующихся в этих системах, и определение возможных областей их применения.
Научная новизна: Методом частных сечений изучены фазовые отношения в системах MejO-LnjOj-Nb&s, где Me = Li, Na, Ln - редкоземельный элемент.
Изучены фазовые равновесия в системах: Li3NbOrLnNb04, где Ln = La, Nd; NasNbOrLnNb04, где Ln - La, Nd, Sm, Gd, Tb, Tm, Yb; NaNbsOs-LaNbs09 в широкой области концентраций и температур. Построены диаграммы состояния этих систем.
Впервые установлено существование двойных ниобатов щелочных и редкоземельных элементов составов Nai2NdNb5O20, NasLnNb&s, где Ln = La, Nd; Ш(п№30,2, где Ln = La, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er Tm, Lu. Реализация соединений этих составов с Yb не подтверждена.
В отличие от систем NasNb04-LnNb04, где Ln- редкоземельный элемент, в системах Li3Nb04-LnNb04, где Ln = La, Nd, соединения типа LinLnNbjOiOiLieLnNbsOn, LijLnNbfls не существуют.
Уточнена диаграмма состояния системы NaNbOs-NbiOs. Обнаружено существование соединения NaNb^i-
Изучены электрофизические свойства соединений Na6LnNb20I2, где Ln = La, Nd, Sm, Gd, Tb, Tm, Ho, Dy, Er, Lu; Na3LnNbiOs, где Ln = La, Nd; получены данные о проводимости образцов в системе NasNbOrLnNbOj (Ln = La, Nd, Gd).
Практическая ценность. Выявленный характер фазовых равновесий в системах типа Me20-Ln20j-Nb20s, где Me = Li, Na, Ln - редкоземельный элемент может рассматриваться в качестве физико-химической основы технологии керамических материалов.
Данные о фазовых соотношениях в изученных системах носят справочный характер и могут быть полезны при проведении прикладных работ, а также при изучении физической химии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов, химии редких элементов.
Осуществлена оценка электрических свойств соединений в системах Na}Nb04-LnNb04, где Ln =La, Nd, Sm, Gd, Tb, Tm, Ho, Dy, Er, Lu. Значения проводимости полученных материалов свидетельствуют о наличии у них полупроводниковых свойств, материалы могут быть перспективны к применению в электронной промышленности.
Апробация работы и публикации
Результаты работы были обсуждены на ХШ-ой Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии
МКХТ-99 (Москва, 1999), на II научно-технической конференции аспирантов (Санкт-Петербург, 1999). По результатам работы опубликованы тезисы трех докладов и 3 статьи.
Объем и структура диссертации
Диссертация изложена на 139 страницах машинописного текста и содержит 56 рисунков и 18 таблиц. Работа состоит из введения, аналитического обзора, экспериментальной части и выводов. Библиография содержит 142 наименования.
