Бориды иттрия
 | |
| Идентификаторы | |
|---|---|
| |
3D model ( JSmol ) |
|
| ХимическийПаук |
|
ПабХим CID | |
| Характеристики | |
| YB 66 /YB 50 /YB 25 /YB 12 /YB 6 /YB 4 | |
| Молярная масса | 153.77 |
| Появление | Серо-черный порошок, Металлик |
| Плотность | 2,52 г/см 3 --- ЮБ 66 2,72 г/см 3 --- ЮБ 50 3,02 г/см 3 --- ЮБ 25 3,44 г/см 3 --- ЮБ 12 3,67 г/см 3 --- ЮБ 6 4,32 г/см 3 --- ЮБ 4 |
| Температура плавления | 2,750–2,000 [1] ° C (4 980–3 630 ° F; 3 020–2 270 К) |
| нерастворимый | |
| Структура | |
| кубический, cP7 | |
| Пм 3 м, № 221 [2] | |
а = 0,41132 нм [2] | |
| Опасности | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| точка возгорания | Невоспламеняющийся |
| Паспорт безопасности (SDS) | Внешний паспорт безопасности материалов |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Борид иттрия относится к кристаллическому материалу, состоящему из различных пропорций иттрия и бора , например YB 2 , YB 4 , YB 6 , YB 12 , YB 25 , YB 50 и YB 66 . Все они представляют собой твердые твердые вещества серого цвета с высокой температурой плавления. Наиболее распространенной формой является гексаборид иттрия YB 6 . Он проявляет сверхпроводимость при относительно высокой температуре 8,4 К и, подобно LaB 6 , является электронным катодом . Еще один замечательный борид иттрия — YB 66 . Он имеет большую постоянную решетки (2,344 нм), высокую термическую и механическую стабильность, поэтому используется в качестве дифракционной решетки для низкоэнергетического синхротронного излучения (1–2 кэВ).
YB 2 (диборид иттрия)
[ редактировать ]
Диборид иттрия имеет ту же гексагональную кристаллическую структуру, что и диборид алюминия и диборид магния – важный сверхпроводящий материал. Его символ Пирсона — hP3 , пространственная группа P6/mmm (№ 191), a = 0,33041 нм, c = 0,38465 нм, расчетная плотность — 5,05 г/см. 3 . [3] В этой структуре атомы бора образуют графитоподобные листы с атомами иттрия между ними. Кристаллы YB 2 неустойчивы к умеренному нагреванию на воздухе – они начинают окисляться при 400 °С и полностью окисляются при 800 °С. [4] YB 2 плавится при температуре ~2100 °C. [5]
YB 4 (тетраборид иттрия)
[ редактировать ]
YB 4 имеет тетрагональную кристаллическую структуру с пространственной группой P4/mbm (№ 127), символ Пирсона tP20 , a = 0,711 нм, c = 0,4019 нм, расчетная плотность 4,32 г/см. 3 . [6] Высококачественные кристаллы YB 4 размером несколько сантиметров можно вырастить методом многопроходной плавающей зоны . [7]
YB 6 (гексаборид иттрия)
[ редактировать ]YB 6 — черный порошок без запаха плотностью 3,67 г/см. 3 ; он имеет ту же кубическую кристаллическую структуру, что и другие гексабориды ( CaB 6 , LaB 6 и т. д., см. информационный блок). [2] Высококачественные кристаллы YB 6 размером несколько сантиметров можно вырастить методом многопроходной плавающей зоны . [7] [8] YB 6 — сверхпроводник с относительно высокой температурой перехода (начала) 8,4 К. [8] [9]
YB 12 (додекаборид иттрия)
[ редактировать ]Кристаллы YB 12 имеют кубическую структуру с плотностью 3,44 г/см. 3 , символ Пирсона cF52 , пр. группа Fm 3 м (№ 225), a = 0,7468 нм. [10] Его структурная единица — 12 кубооктаэдров . Температура Дебая YB 12 составляет ~ 1040 К, и он не является сверхпроводящим при температуре выше 2,5 К. [11]
ЮБ 25
[ редактировать ]
Структура боридов иттрия с соотношением B/Y 25 и выше состоит из сетки B 12 икосаэдров . Борный каркас YB 25 является одним из самых простых среди боридов на основе икосаэдров – он состоит только из одного вида икосаэдров и одного мостикового узла бора. Мостиковый узел бора тетраэдрически координирован четырьмя атомами бора. Этими атомами являются еще один атом бора в узле противомостика и три экваториальных атома бора одного из трех B 12 икосаэдров . Иттриевые площадки имеют частичную заселенность ок. 60–70%, а формула YB 25 просто отражает среднее атомное отношение [B]/[Y] = 25. И атомы Y, и икосаэдры B 12 образуют зигзаги вдоль оси x . Мостиковые атомы бора соединяют три экваториальных атома бора трех икосаэдров, и эти икосаэдры образуют сеть, параллельную плоскости кристалла (101) ( плоскость x - z на рисунке). Расстояние между мостиковым бором и экваториальными атомами бора составляет 0,1755 нм, что характерно для прочной ковалентной связи BB (длина связи 0,17–0,18 нм); таким образом, мостиковые атомы бора усиливают отдельные сетевые плоскости . С другой стороны, большое расстояние между атомами бора внутри мостика (0,2041 нм) обнаруживает более слабое взаимодействие, и, таким образом, мостики мало способствуют связи между плоскостями сетки. [12] [13]
Кристаллы YB 25 можно вырастить путем нагревания спрессованной таблетки порошка иттрия (Y 2 O 3 ) и бора до ~1700 °С. Фаза YB 25 стабильна до 1850 °C. Выше этой температуры он разлагается на YB 12 и YB 66, не плавясь. Это затрудняет выращивание монокристалла YB 25 методом выращивания из расплава. [12]
ЮБ 50
[ редактировать ]Кристаллы YB 50 имеют орторомбическую структуру с пространственной группой P2 1 2 1 2 (№ 18), a = 1,66251 нм, b = 1,76198 нм, c = 0,94797 нм. Их можно вырастить, нагрев спрессованную таблетку порошка иттрия (Y 2 O 3 ) и бора до ~1700°С. 0 C. Выше этой температуры YB 50 разлагается на YB 12 и YB 66 без плавления. Это затрудняет выращивание монокристалла YB 50 методом выращивания из расплава. Редкоземельные элементы от Tb до Lu также могут кристаллизоваться в форме М 50 . [14]
ЮБ 66
[ редактировать ]
YB 66 был открыт в 1960 году. [17] и его структура была решена в 1969 году. [16] Структура гранецентрированная кубическая с пространственной группой Fm 3 c (№ 226), символом Пирсона cF1936 и постоянной решетки a = 2,3440(6) нм. Имеется 13 борных позиций B1–B13 и одна иттриевая позиция. Позиции B1 образуют один B12 икосаэдр , а узлы B2–B9 — другой икосаэдр. Эти икосаэдры образуют блок из тринадцати икосаэдров (B 12 ) 12 B 12 , который называется суперикосаэдром. Икосаэдр, образованный атомами позиции B1, расположен в центре суперикосаэдра. Суперикосаэдр — одна из основных единиц борного каркаса YB 66 . Существует два типа суперикосаэдров: один занимает центры кубических граней, а другой, повернутый на 90°, расположен в центре ячейки и на краях ячейки. Таким образом, в элементарной ячейке имеется восемь суперикосаэдров (1248 атомов бора). [15]
Другой структурной единицей YB 66 является кластер B 80 из 80 позиций бора, образованный позициями B10–B13. [15] Все эти 80 объектов частично заняты и в общей сложности содержат лишь ок. 42 атома бора. Кластер B 80 расположен в центре тела октанта элементарной ячейки, т.е. в позиции 8а ( 1/4, 1/4, 1/4); таким образом, на элементарную ячейку приходится восемь таких кластеров (336 атомов бора). Два независимых структурных анализа [15] [16] пришли к такому же выводу, что общее число атомов бора в элементарной ячейке равно 1584. Борная каркасная структура YB 66 показана на рисунке справа. Схематический рисунок под ним указывает взаимную ориентацию суперикосаэдров, а кластеры В 80 изображены светло-зелеными и темно-зелеными сферами соответственно; на верхней поверхности элементарной ячейки относительная ориентация суперикосаэдров указана стрелками. имеется 48 иттриевых позиций ((0,0563, 1/4, 1/4). Для YB 62 [15] ) в элементарной ячейке. Фиксация занятости позиции Y до 0,5 приводит к 24 атомам Y в элементарной ячейке и химическому составу YB 66 ; эта заселенность 0,5 означает, что пара иттрия всегда имеет один атом Y с одним пустым местом. [16]
YB 66 имеет плотность 2,52 г/см. 3 , низкая теплопроводность 0,02 Вт/(см·К), упругие постоянные c 11 = 3,8×10 9 и с 44 = 1,6×10 9 Ньютон/м 2 и температура Дебая 1300 К. [18] Как и все бориды иттрия, YB 66 является твердым материалом и имеет твердость по Кнупу 26 ГПа. [19] Высококачественные кристаллы YB 66 размером несколько сантиметров могут быть выращены методом многопроходной плавающей зоны и использованы в качестве рентгеновских монохроматоров. [20]
Большая элементарная ячейка YB 66 приводит к большой постоянной решетки 2,344 нм. [18] Это свойство в сочетании с высокой термической и механической стабильностью привело к использованию YB 66 в качестве дисперсионных элементов рентгеновских монохроматоров излучения низкой энергии (1–2 кэВ). [21] [22]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Бененсон, Уолтер, Харрис, Джон В., Штекер, Хорст, Лутц, Хольгер (13 января 2006 г.). Справочник по физике . Springer Science & Business Media. п. 785. ИСБН 978-0-387-95269-7 .
- ^ Jump up to: а б с Блюм П., Берто Ф (1954). «Вклад в изучение боридов с высоким содержанием бора» . Акта Кристаллографика . 7 (1): 81–86. Бибкод : 1954AcCry...7...81B . дои : 10.1107/S0365110X54000151 .
- ^ Рогл П., Клеснар Х.П. (1990). «Фазовые отношения в тройных системах редкоземельный металл (РЭ)-бор-азот, где RE = Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu, Sc и Y». Высокие температуры – высокие давления . 22 : 453–457.
- ^ Сун Ю, Чжан С, Ву Икс (2001). «Окисление и электронная теплоёмкость YB 2 ». Журнал сплавов и соединений . 322 (1–2): Л14–Л16. дои : 10.1016/S0925-8388(01)01213-0 .
- ^ Хейн, Хильтруда, Кеппель, Клаус, Веттер, Урсула, Варкентин, Эберхард (29 июня 2013 г.). Sc, Y, Ла-Лу. Редкоземельные элементы: соединения с бором . Springer Science & Business Media. п. 130. ИСБН 978-3-662-07503-6 .
- ^ Лин С., Чжоу Л., Джи С., Уоллаш А., Кроу Дж. (1987). «Эффекты гибридизации. Эволюция от немагнитного к магнитному поведению в системах на основе урана». Журнал менее распространенных металлов . 133 : 67–75. дои : 10.1016/0022-5088(87)90461-9 .
- ^ Jump up to: а б Отани С., Корсукова М., Мицухаши Т., Киеда Н. (2000). «Выращивание в плавающей зоне и высокотемпературная твердость YB 4 и YB 6 монокристаллов ». Журнал роста кристаллов . 217 (4): 378. Бибкод : 2000JCrGr.217..378O . дои : 10.1016/S0022-0248(00)00513-3 .
- ^ Jump up to: а б Фиск З., Шмидт П., Лонгинотти Л. (1976). «Выращивание YB 6 монокристаллов ». Матер. Рез. Бык . 11 (8): 1019. doi : 10.1016/0025-5408(76)90179-3 .
- ^ Сабо П., Качмарчик Дж., Самуэли П., Гировски Дж., Габани С., Флахбарт К., Мори Т. (2007). «Сверхпроводящая энергетическая щель YB 6, изученная методом точечной контактной спектроскопии». Физика С. 460–462: 626. Бибкод : 2007PhyC..460..626S . doi : 10.1016/j.physc.2007.04.135 .
- ^ Харима Х., Янасэ А., Касуя Т. (1985). «Энергетическая зонная структура YB 12 и LuB 12 ». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 47–48: 567–569. Бибкод : 1985JMMM...47..567H . дои : 10.1016/0304-8853(85)90496-2 .
- ^ Чопник А, Шицевалова Н, Плужников В, Кривчиков А, Падерно Ю, Онуки Ю (2005). «Низкотемпературные термические свойства додекаборидов иттрия и лютеция». Физический журнал: конденсированное вещество . 17 (38): 5971. Бибкод : 2005JPCM...17.5971C . дои : 10.1088/0953-8984/17/38/003 . S2CID 96415786 .
- ^ Jump up to: а б с Танака Т., Окада С., Ю Ю., Исидзава Ю. (1997). «Новый борид иттрия: YB25». Журнал химии твердого тела . 133 (1): 122–124. Бибкод : 1997ЖССЧ.133..122Т . дои : 10.1006/jssc.1997.7328 .
- ^ Корсукова М.М., Гурин В.Н., Кузьма Ю.Б., Чабан Н.Ф., Чихрий С.И., Мощалков В.В., Браудт Н.Б., Гиппиус А.А., Нян К.К. (1989). «Кристаллическая структура, электрические и магнитные свойства новых тройных соединений LnAlB 4 ». Физический статус Солиди А. 114 (1): 265. Бибкод : 1989ПССАР.114..265К . дои : 10.1002/pssa.2211140126 .
- ^ Танака Т., Окада С., Исидзава Ю. (1994). «Новый высший борид иттрия: YB50». Журнал сплавов и соединений . 205 (1–2): 281–284. дои : 10.1016/0925-8388(94)90802-8 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Хигаси И., Кобаяши К., Танака Т., Исидзава Ю. (1997). «Уточнение структуры YB 62 и YB 56 конструкции типа YB 66 ». J. Химия твердого тела . 133 (1): 16. Бибкод : 1997JSSCh.133...16H . дои : 10.1006/jssc.1997.7308 .
- ^ Jump up to: а б с д Ричардс С.М., Каспер Дж.С. (1969). «Кристаллическая структура YB 66 » (PDF) . Акта Кристаллогр. Б. 25 (2): 237. Бибкод : 1969AcCrB..25..237R . дои : 10.1107/S056774086900207X .
- ^ Сейболт AU (1960). «Исследование сплавов с высоким содержанием бора». Пер. Являюсь. Соц. Металлы . 52 : 971–989.
- ^ Jump up to: а б Оливер Д., Брауэр Дж. (1971). «Выращивание монокристалла YB 66 из расплава ☆». Журнал роста кристаллов . 11 (3): 185. Бибкод : 1971JCrGr..11..185O . дои : 10.1016/0022-0248(71)90083-2 .
- ^ Швец К., Эттмайер П., Киффер Р., Липп А. (1972). «О гектоборидных фазах лантаноидов и актинидов». Журнал менее распространенных металлов . 26:99 . дои : 10.1016/0022-5088(72)90012-4 .
- ^ Танака Т., Отани С., Исидзава Ю. (1985). «Приготовление монокристаллов YB 66 ». Журнал роста кристаллов . 73 (1): 31–36. Бибкод : 1985JCrGr..73...31T . дои : 10.1016/0022-0248(85)90326-4 .
- ^ Карге, Х.Г., Беренс, П., Вейткамп, Йенс (2004). Характеристика I: Наука и технология . Спрингер. п. 463. ИСБН 3-540-64335-4 .
- ^ Вонг Дж., Танака Т., Роуэн М., Шеферс Ф., Мюллер Б.Р., Рек ЗУ (1999). «YB 66 – новый монохроматор мягкого рентгеновского излучения для синхротронного излучения. II. Характеристика» . Дж. Синхротронное излучение . 6 (6): 1086. Бибкод : 1999JSynR...6.1086W . дои : 10.1107/S0909049599009000 .