Термическое расширение Na2ZnV207 Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 541.123.3-31

ТЕРМИЧЕСКОЕ РАСШИРЕНИЕ Ыа2гпУ207

А.Н. Иванова, Т.И. Красненко, М.В. Ротермель, В.В. Викторов

Исследовано термическое расширение структуры двойного пирована-дата натрия-цинка Na2ZnV207 в интервале температур 30-600 °С. Показано, что коэффициенты термического расширения параметров кристаллической решетки не меняются с ростом температуры. Наблюдается раширение структуры вдоль оси с, при этом в плоскости я1я2 структура становится более компактной. Определена роль ионов натрия в термических деформациях пированадата цинка.

Одной из наиболее важных служебных характеристик материалов, используемых в современной технике, является коэффициент термического расширения (ктр). В работе исследовано термическое поведение двойного пированадата натрия-цинка. Ь’а^пУгСЬ кристаллизуется в тетрагональной сингонии, пр. гр. Р-42хт с параметрами а = 8,2711(4) А, с = 5,1132(2) А, 7 = 2 [1]. Структура На^пУ2С>7 образована слоями соединённых по вершинам тетраэдров У04 и ZnOi. Межслоевое пространство занимают искажённые квадратные антипризмы Ыа08. Проекция структуры Ма^пУ2С>7 на различные плоскости представлена на рис. 1.

Рис. 1. Проекция кристаллической структуры Cd2V2C>7 на плоскости а1 с (слева) и a1a2 (справа)

Политермы параметров элементарной ячейки Na2ZnV207 в интервале температур от комнатной до 600 °С приведены на рис. 2. Расширение структуры резко анизотропно, коэффициент термического расширения (ктр) вдоль оси с на порядок выше, чем вдоль оси а: аа =8-10~61/А-,

ас= ЗЫ0~6 1/К, <xv =46-10~6 1 /К . КТР остаются неизменными на всем исследуемом интервале температур.

Расчёт межатомных расстояний М - О, где М = Zn, Na, V, показал, что с ростом температуры они увеличиваются с различными ктр. Наибольшим изменениям подвержены длины связей и углы, лежащие в плоскости а\а2. Внутри слоя [ZnV2C>7] уменьшение межполиэдрических углов О - Омост - О, V - О - V и Zn - О - V составляет -0,5°, что вызывает разворот тетраэдрической сети в плоскости а1а2 (рис. 3). Увеличение углов между слоями полиэдров Na-O-V и Na - О -Zn на 0,27 ± 0,03° приводит к вытягиванию структуры вдоль оси с.

Таким образом, высокотемпературные рентгенографические исследования позволили проанализировать термические трансформации структуры двойного пированадата натрия-цинка с точки зрения его полиэдрического представления. Установлено, что расширение кристаллической решетки Na2ZnV2C>7 вдоль оси с происходит за счет термических трансформаций натрий-

112

Вестник ЮУрГУ, № 19, 2007

Чванова А.Н., Красненко Т.И., Ротермель М.В., Викторов В.В.

Термическое расширение Na2ZnV207

кислородных полиэдров, трансформации структуры в целом обусловлены преимущественными изменениями цинк-ванадий-кислородной подрешётки.

8.32500 - Я, А

8.32000 т + +

8.31500 т *

8.31000 I *

8.30500 > ~

8.30000 ■ ^ г Г

8.29500 - т

8.29000 г .

8.28500 - /, °С

8.28000 -г--. -......-+----.....ч----,---------4- ■ -- - -.*.-------- •,---+---------1----,-----.- ------

25 60 90 120 1-50 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600

5.22000 £ Д

э.«гииии j

5.18000

5.12000 г * 5.10000 -

362.000 | у

360.000

358.000 -

356.000 \

|

354.000 {•

352.000 i

i

350.000

25 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600

3

+ т t, °С

25 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600

Рис. 2. Политермы параметров кристаллической решетки Na2ZnV207

03 ———---03

Рис. 3. Трансформации слоя [ZnV207] в плоскости э1а2

Работа выполнена при поддержке гранта ректора ЧГПУ профессора Латюшина В.В.

Литература

1. Synthesis and crystal structure of the pyrovanadate Na2ZnV207 / A.P. Tyutyunnik, V.G. Zubkov, L.L. Surat, V.V. Slobodin, G. Svensson. - Powder Diffraction. - 2005. - V.20, №3.

Поступила в редакцию 19 сентября 2007г.

Серия «Математика, физика, химия», выпуск 9

113