Effect of aliovalent substitution on the crystal distortion and negative thermal expansion properties of Zr2SP2O12
Effect of aliovalent substitution on the crystal distortion and negative thermal expansion properties of Zr2SP2O12
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异价取代对Zr2SP2O12晶体畸变和负热膨胀性能的影响
DOI：
10.1016/j.ceramint.2023.04.048
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发表时间：
2023
影响因子：
5.2
通讯作者：
Toshihiro Isobe
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ryosuke Uehara;Ryo Kaneda;Takahiro Takei;Nobuhiro Kumada;Sachiko Matsushita;Akira Nakajima;Toshihiro Isobe
用5种异价离子(铝离子(Al~(3+))、铁离子(Fe~(3+))、Y离子(Y~(3+))、Nb~(5+))和Gd~(3+)(Gd~(3+))部分取代了Zr~(4+)离子，研究了新合成的Z_(2-x)M_xSyP_2O_(12-δ)的热膨胀性能。高温X-射线衍射图表明，δ-xMxSyP2O12-Zr2-xMxSyP2O12-PZT具有与Zr2SP2O12相同的负热膨胀特性，其体积热膨胀系数(αv)可以通过离子替代来控制。在373-453K温度范围内得到的最低αv值约为117ppm/K。Rietveld分析表明，在303-373K温度范围内，等价位取代会使δ的晶体结构发生扭曲，晶格体积增大。此外，多元回归分析表明，晶体结构中的ZrO_6八面体体积和某些键角与晶格体积有关。
We evaluated the thermal expansion of newly synthesized Zr2-xMxSyP2O12-δ, with zirconium (IV) ion (Zr4+) partially substituted by five aliovalent ions (aluminum (III) ion (Al3+), iron (III) ion (Fe3+), yttrium (III) ion (Y3+), niobium (V) ion (Nb5+), and gadolinium (III) (Gd3+)) ion. High-temperature X-ray diffraction patterns showed that Zr2-xMxSyP2O12-δhad the same negative thermal expansion as Zr2SP2O12and that the volumetric coefficient of thermal expansion (αv) could be controlled by ion substitution. The lowest αvvalue obtained for Zr1.7Y0.3SP2O12-δat 373–453 K was approximately −117 ppm/K. Rietveld's analysis showed that aliovalent substitution could make the crystal structure of Zr2SP2O12at 303–373 K distorted and the lattice volume larger. In addition, multiregression analysis demonstrated that ZrO6octahedral volume and certain bond angles in the crystal structure were related to the lattice volume.
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10.4028/www.scientific.net/amm.320.181
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K. Trachenko