当前位置:
X-MOL 学术
›
Acta Mater.
›
论文详情
Our official English website, www.x-mol.net, welcomes your
feedback! (Note: you will need to create a separate account there.)
Excess thermochemical properties and local structure in the entropy stabilized (Hf-Zr)TiO4 system
Acta Materialia ( IF 8.3 ) Pub Date : 2024-12-09 , DOI: 10.1016/j.actamat.2024.120639 William Rosenberg, Stuart C. Ness, Bhoopesh Mishra, Carlo U. Segre, Scott J. McCormack
Acta Materialia ( IF 8.3 ) Pub Date : 2024-12-09 , DOI: 10.1016/j.actamat.2024.120639 William Rosenberg, Stuart C. Ness, Bhoopesh Mishra, Carlo U. Segre, Scott J. McCormack
To study non-ideal mixing in an entropy stabilized system, the entropy stabilized oxides HfTiO4 and ZrTiO4 were mixed to form the single phase (Hf-Zr)TiO4 system. HfTiO4 and ZrTiO4 are entropy stabilized relative to their constituent oxides (HfO2, ZrO2, and TiO2). Oxide-melt solution calorimetry (OSMC) was performed to determine enthalpies of formation relative to the constituent oxides (ΔHf,ox) for 11 compositions in the (Hf-Zr)TiO4 system. ΔHf,ox for HfTiO4 was determined to be 22.81 kJ/mol. ΔHf,ox for ZrTiO4 was measured to be 20.79 2.67 kJ/mol which is in good agreement with literature values. Positive ΔHf,ox values for HfTiO4 and ZrTiO4 demonstrates entropy stabilization. X-ray absorption spectroscopy (XAS) data shows that Ti is locally segregated from the Hf and Zr. ΔHf,ox values for mixed HfTiO4-ZrTiO4 samples were used to calculate enthalpies of mixing relative to the HfTiO4 and ZrTiO4 end points (. was determined to be most exothermic ( = -5.3 kJ/mol) at a composition of (Hf.5Zr.5)TiO4. Negative suggests that Hf and Zr experience further ordering upon mixing of HfTiO4 and ZrTiO4. X-ray powder diffraction (XRPD) experiments show that the (Hf-Zr)TiO4 system forms a single-phase product across the composition range with pbcn symmetry (space group #60) and does not form any ordered super structures, as noted by the lack of superlattice reflections. X-ray powder diffraction (XRPD) data additionally reveals that the (Hf-Zr)TiO4 system has a highly anisotropic positive excess volume, with the majority of the excess volume resulting from changes in the b-lattice parameter. X-ray absorption spectroscopy (XAS) results demonstrate that mixing between Hf and Zr on the local level is non-ideal but cannot ascertain if ordering or segregation occurs. High-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) experiments are needed to fully elucidate the local structure in the (Hf-Zr)TiO4 system. Using the (Hf-Zr)TiO4 system as case study, this work shows that mixing in entropy stabilized systems is not always ideal and can give rise to complex local structures that can have interesting and unexpected effects on the chemical and physical properties, such as the large excess expansion along the b-direction.
中文翻译:
熵稳定 (Hf-Zr)TiO4 系统中的过量热化学性质和局部结构
为了研究熵稳定体系中的非理想混合,将熵稳定氧化物 HfTiO 4 和 ZrTiO 4 混合形成单相 (Hf-Zr)TiO 4 体系。HfTiO 4 和 ZrTiO 4 相对于它们的组成氧化物(HfO 2 、ZrO 2 和 TiO 2 )是熵稳定的。进行氧化物熔融量热法 (OSMC) 以确定 (Hf-Zr)TiO 4 系统中 11 种成分相对于组成氧化物 (ΔH f,ox ) 的形成焓。HfTiO 的 ΔH f,ox 确定为 22.81 kJ/mol。ZrTiO 4 的 ΔH f,ox 测量为 20.79 2.67 kJ/mol,与文献值吻合较好。 4 HfTiO 4 和 ZrTiO 4 的正 ΔH f,ox 值表明熵稳定。X 射线吸收光谱 (XAS) 数据显示,Ti 与 Hf 和 Zr 局部分离。混合 HfTiO -ZrTiO 样品的 ΔH f,ox 值用于计算相对于 HfTiO 4 和 ZrTiO 4 终点的混合焓 ( . 4 4 被确定为 (Hf .5 Zr .5 )TiO 4 的成分最放热 ( = -5.3 kJ/mol)。否定表明 Hf 和 Zr 在 HfTiO 4 和 ZrTiO 4 混合时经历进一步的排序。X 射线粉末衍射 (XRPD) 实验表明,(Hf-Zr)TiO 4 系统在 pbcn 对称性(空间群 #60)的成分范围内形成单相产物,并且没有形成任何有序的超结构,如缺乏超晶格反射所指出的那样。 X 射线粉末衍射 (XRPD) 数据还显示,(Hf-Zr)TiO 4 系统具有高度各向异性的正过量体积,其中大部分过量体积是由 b 晶格参数的变化引起的。X 射线吸收光谱 (XAS) 结果表明,Hf 和 Zr 在局部水平上的混合并不理想,但无法确定是否发生有序或偏析。需要高分辨率透射电子显微镜 (HR-TEM) 实验来充分阐明 (Hf-Zr)TiO 4 系统中的局部结构。以 (Hf-Zr)TiO 4 系统为例,这项工作表明,在熵稳定系统中混合并不总是理想的,并且会产生复杂的局部结构,这些结构可能会对化学和物理性质产生有趣和意想不到的影响,例如沿 b 方向的大过量膨胀。
更新日期:2024-12-09
中文翻译:
熵稳定 (Hf-Zr)TiO4 系统中的过量热化学性质和局部结构
为了研究熵稳定体系中的非理想混合,将熵稳定氧化物 HfTiO 4 和 ZrTiO 4 混合形成单相 (Hf-Zr)TiO 4 体系。HfTiO 4 和 ZrTiO 4 相对于它们的组成氧化物(HfO 2 、ZrO 2 和 TiO 2 )是熵稳定的。进行氧化物熔融量热法 (OSMC) 以确定 (Hf-Zr)TiO 4 系统中 11 种成分相对于组成氧化物 (ΔH f,ox ) 的形成焓。HfTiO 的 ΔH f,ox 确定为 22.81 kJ/mol。ZrTiO 4 的 ΔH f,ox 测量为 20.79 2.67 kJ/mol,与文献值吻合较好。 4 HfTiO 4 和 ZrTiO 4 的正 ΔH f,ox 值表明熵稳定。X 射线吸收光谱 (XAS) 数据显示,Ti 与 Hf 和 Zr 局部分离。混合 HfTiO -ZrTiO 样品的 ΔH f,ox 值用于计算相对于 HfTiO 4 和 ZrTiO 4 终点的混合焓 ( . 4 4 被确定为 (Hf .5 Zr .5 )TiO 4 的成分最放热 ( = -5.3 kJ/mol)。否定表明 Hf 和 Zr 在 HfTiO 4 和 ZrTiO 4 混合时经历进一步的排序。X 射线粉末衍射 (XRPD) 实验表明,(Hf-Zr)TiO 4 系统在 pbcn 对称性(空间群 #60)的成分范围内形成单相产物,并且没有形成任何有序的超结构,如缺乏超晶格反射所指出的那样。 X 射线粉末衍射 (XRPD) 数据还显示,(Hf-Zr)TiO 4 系统具有高度各向异性的正过量体积,其中大部分过量体积是由 b 晶格参数的变化引起的。X 射线吸收光谱 (XAS) 结果表明,Hf 和 Zr 在局部水平上的混合并不理想,但无法确定是否发生有序或偏析。需要高分辨率透射电子显微镜 (HR-TEM) 实验来充分阐明 (Hf-Zr)TiO 4 系统中的局部结构。以 (Hf-Zr)TiO 4 系统为例,这项工作表明,在熵稳定系统中混合并不总是理想的,并且会产生复杂的局部结构,这些结构可能会对化学和物理性质产生有趣和意想不到的影响,例如沿 b 方向的大过量膨胀。