RU2587107C1 - СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОНОКЛИННОЙ МЕТАСТАБИЛЬНОЙ ФАЗЫ ОКСИДА ИТТРИЯ ПО СДВИГУ ПОЛОС ОПТИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ИОНОВ Nd3+ ИЛИ ДРУГИХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В НАНОКРИСТАЛЛИТАХ - Google Patents

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОНОКЛИННОЙ МЕТАСТАБИЛЬНОЙ ФАЗЫ ОКСИДА ИТТРИЯ ПО СДВИГУ ПОЛОС ОПТИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ИОНОВ Nd3+ ИЛИ ДРУГИХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В НАНОКРИСТАЛЛИТАХ Download PDF

Info

Publication number
RU2587107C1
RU2587107C1 RU2014154306/28A RU2014154306A RU2587107C1 RU 2587107 C1 RU2587107 C1 RU 2587107C1 RU 2014154306/28 A RU2014154306/28 A RU 2014154306/28A RU 2014154306 A RU2014154306 A RU 2014154306A RU 2587107 C1 RU2587107 C1 RU 2587107C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
yttrium oxide
monoclinic
phase
determining
ions
Prior art date
Application number
RU2014154306/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Васильевич Осипов
Альберт Николаевич Орлов
Владислав Александрович Шитов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук (ИЭФ УрО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук (ИЭФ УрО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук (ИЭФ УрО РАН)
Priority to RU2014154306/28A priority Critical patent/RU2587107C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2587107C1 publication Critical patent/RU2587107C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к оптике и может быть использовано при определении фазового состава нанопорошков из оксида иттрия. В способе определения моноклинной метастабильной фазы оксида иттрия по сдвигу полос оптического поглощения ионов Nd3+ или других редкоземельных элементов в нанокристаллитах для определения степени поглощения излучения в диапазоне длин волн 200-1100 нм изготовлены образцы из нанопорошка оксида иттрия в моноклинной и кубической фазах круглой формы диаметром 15 мм и толщиной 200÷600 мкм путем прессования под давлением 50-150 МПа без добавок. Максимум самой интенсивной полосы поглощения иона неодима Nd3+ в моноклинной фазе оксида иттрия смещен на 0,5 нм относительно кубической фазы. Изобретение позволяет выявить моноклинную фазу оксида иттрия в нанопорошке. 3 ил.

Description

Изобретение относится к оптике и может быть использовано при определении фазового состава нанопорошков из оксида иттрия, содержащих ионы неодима Nd3+ или другие редкоземельные элементы.
При спекании оптической керамики из нанопорошка оксида иттрия, полученного лазерным испарением [Osipov V.V., Platonov V.V., Lisenkov V.V. et al. // Phys. Status Solidi. 2013. C. 10. №6. P. 926], формируются прозрачные образцы с неоднородностями. Была предложена идея о присутствии в керамике так называемых «реликтных остатков» в небольшом количестве оксида иттрия в моноклинной фазе наряду с кубической, которые предположительно являются причиной этих неоднородностей. Для определения их оптическим методом поглощения в образцах керамики надо было сравнить спектры поглощения ионов Nd3+ или других редкоземельных элементов в моноклинной и кубической фазах. Но в литературе мы не нашли сведений о спектрах пропускании и эмиссии ионов неодима Nd3+ или других редкоземельных ионов в оксиде иттрия в моноклинной фазе. Поэтому нами предложен способ определения моноклинной метастабильной фазы оксида иттрия по сдвигу полос оптического поглощения ионов Nd3+ или других редкоземельных элементов в нанокристаллитах. Обычно для данной цели используется рентгенофазовый анализ (РФА). Однако он требует больших затрат времени и дорогостоящего оборудования и специальных мер защиты от вредного ионизирующего излучения. В данной заявке предлагается обнаружение моноклинной фазы методом поглощения в ИК-области спектра. Этот метод является более чувствительным. Спектры поглощения ионы неодима Nd3+ в оксиде иттрия в кубической и моноклинной фазах заметно отличаются и разрешаются обычным спектрофотометром. Задачей данного изобретения является разработка способа определения моноклинной метастабильной фазы оксида иттрия по сдвигу полос оптического поглощения ионов Nd3+ или других редкоземельных элементов в нанокристаллитах.
Оптические способы анализа веществ в настоящее время широко распространены, достаточно подробно описаны в научной литературе и авторизованы во многих патентах [№2064714 РФ от 14.07.1992; №2370752 РФ от 22.08.2008; №2064714 РФ от 14.07.1992 и др.]. К заявляемому изобретению нами выбраны следующие аналоги, представленные ниже.
Применение ИК-спектроскопии для экспресс-способа определения качества лекарственного сырья описано в патенте [Патент на изобретение №2493555 РФ от 21.05.2012]. Способ включает изготовление образцов из лекарственных растений. Полученный образец помещают в прибор и снимают ИК-спектр на Фурье-ИК спектрометре, идентифицируют значения характеристических частот ИК-спектра, соответствующих химическому составу образца, и определяют подлинность лекарственного растительного сырья по табличным спектральным данным для эталонных образцов лекарственного сырья. По наличию функциональных групп в образце, не свойственных химическому составу лекарственных растений и появившихся в результате антропогенного загрязнения, определяют безопасность и качество лекарственного растительного сырья. Однако в этой работе используется поглощение излучения с целью нахождения примесей, но не для выявления фазового состава исследуемого образца.
Способ определения концентрации легирующей примеси в ультрадисперсионном порошке в виде прессованной таблетки приведен в патенте на изобретение №2001115703/28 от 29.09.1999 US. Способ основан на применении рентгеновского излучения, а не излучения в видимом и инфракрасном диапазоне длин волн.
Прототипом настоящего изобретения является способ определения фазового состава образцов с использованием рентгеновского излучения, описанный в [Л.М. Ковба, В.К. Трунов / Рентгенофазовый анализ / Изд. второе, дополненное и переработанное / Издательство МГУ, 1976, стр. 183]. Однако он требует больших затрат времени и характеризуется высоким (более 3%) порогом обнаружения моноклинной фазы на фоне кубической. Главный недостаток - опасность работы с рентгеновским излучением. Работают с этими приборами в специально оборудованном помещении. В связи с этим стоимость анализов достаточно велика. Кроме того, невысока чувствительность определения, используют этот метод, в основном, для анализа достаточно больших концентраций.
Технической задачей является подбор условий и параметров для изготовления образцов из оксида иттрия и снятия спектров поглощения образцов с неодимом (или другими редкоземельными элементами) как в моноклинной, так и в кубической фазах в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазоне длин волн.
Для решения поставленной задачи предлагается способ, в котором оптическое излучение выбирается в диапазоне длин волн 200-1100 нм, направляется на образцы, изготовленные специальном образом с целью определения степени поглощения образцов, которая разная у моноклинной и кубической фаз.
Суть способа заключается в следующем. Для определения степени поглощения излучения изготавливаются образцы из нанопорошка оксида иттрия в моноклинной и кубической фазах в виде таблетки круглой формы диаметром 15 мм и толщиной 200÷600 мкм путем прессования под давлением 50-150 МПа без каких-либо добавок. Образцы толщиной меньше 200 мкм механически непрочные и меньше поглощают излучение, что затрудняет измерение спектра поглощения. А образцы толщиной более 600 мкм практически непрозрачны, так как практически все излучение поглощается материалом образца. Аналогично, нижний предел давления прессования 50 МПа обусловлен слабым поглощением образцов, изготовленных при таком давлении, а верхний предел 150 МПа - хрупкостью образцов. Диаметр образца, равный 15 мм, принципиального значения не имеет и выбран для удобства анализа. Так как большая часть полос поглощения трехвалентного положительного иона неодима или других редкоземельных элементов расположена в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях спектра, то нами выбран диапазон длин волн 200-1100 нм.
Для регистрации спектра нанопорошка кубической α-фазы, прессованный моноклинный порошок предварительно подвергался термическому отжигу при 900°C в течение 3-х часов. После этой процедуры нанопорошок переходил в кубическую α-фазу с параметром кристаллической решетки α0=1.0591 нм и рентгеновской плотностью ρc=5,05 г/см3. Затем изготовленные образцы просвечивались излучением длиной волны в диапазоне 200-1100 нм.
Для проверки правильности анализа способом определения моноклинной метастабильной фазы оксида иттрия по сдвигу полос оптического поглощения ионов Nd3+ в нанокристаллитах проводился рентгенофазовый анализ нанопорошков с разным содержанием моноклинной и кубической фазы на дифрактометре D8 Discover в медном излучении с графитовым монохроматором на дифрагированном луче.
Отличиями заявляемого изобретения от прототипа являются: применяется излучение в диапазоне длин волн 200-1100 нм, вместо 0,1-10 нм; фазовый состав определяется посредством поглощения излучения исследуемым веществом вместо его рассеяния; излучение в диапазоне длин волн 200-1100 нм не оказывает вредного воздействия на организм человека, как электромагнитное излучение длиной волны 0,1-10 нм; применяется стандартный спектрофотометр, например ShimadzuUV-1700, который по стоимости в десятки раз меньше, чем установка для рентгенофазового анализа. Время измерения спектра поглощения в пределах 816-824 нм составляет не более 2 минут. Все работы по измерению спектра предлагаемым способом проводятся в необорудованном помещении и без защитных пластин из свинца или из других материалов.
Сущность заявляемого изобретения поясняется блок-схемой (фиг. 1) и графиками (фиг. 2), (фиг. 3).
Излучение от источника (1) проходит через образец (2) и регистрируется приемником излучения (3). Далее, изменение сигнала в зависимости интенсивности излучения от длины волны регистрируется спектрофотометром. Спектры поглощения были получены при помощи спектрофотометра ShimadzuUV-1700 в диапазоне 200-1100 нм с шагом сканирования 0,1 нм.
Результаты измерений приведены на фиг. 2 и 3. На фиг. 2 приведена зависимость спектра пропускания моноклинного образца от длины волны в диапазоне 500-1050 нм. А на фиг. 3, для сравнения, показаны спектры поглощения образцов в кубической и моноклинной фазах. Из графиков видно, что максимум полосы поглощения иона неодима Nd3+ в моноклинной фазе смещен на 0,5 нм относительно кубической. Корректность этих результатов в диапазоне 3-8% содержания моноклинной фазы проверены рентгенофазовым анализом.
Таким образом, заявляемое изобретение позволило выявить моноклинную фазу оксида иттрия в нанопорошке посредством измерения смещения полос поглощения ионов Nd3+. Выявленный спектр полос поглощения трехвалентного положительного иона неодима в нанопорошке из оксида иттрия моноклинной фазы позволяет обнаружить эту фазу и в оптической керамике. Заявляемый способ может быть применен для качественного определения моноклинной фазы не только в оксиде иттрия, но и других соединениях в данной фазе. При этом в качестве поглощающего элемента можно допировать в исследуемое соединение не только неодим, но и остальные редкоземельные элементы. Например, предлагаемый способ нами был опробован на гадолинии и иттербии.

Claims (1)

  1. Способ определения моноклинной метастабильной фазы оксида иттрия по сдвигу полос оптического поглощения ионов Nd3+ или других редкоземельных элементов в нанокристаллитах оксида иттрия при пропускании через образец излучения, отличающийся тем, что используется излучение в диапазоне длин волн 200-1100 нм, проходящее через образец толщиной 200-600 мкм, изготовленный путем прессования нанопорошка под давлением 50-150 МПа, позволяющее определить наличие кубической и моноклинной фаз оксида иттрия в образце и фиксировать смещение полос в спектре поглощения ионов Nd3+ или других редкоземельных элементов моноклинной фазы оксида иттрия относительно кубической.
RU2014154306/28A 2014-12-30 2014-12-30 СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОНОКЛИННОЙ МЕТАСТАБИЛЬНОЙ ФАЗЫ ОКСИДА ИТТРИЯ ПО СДВИГУ ПОЛОС ОПТИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ИОНОВ Nd3+ ИЛИ ДРУГИХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В НАНОКРИСТАЛЛИТАХ RU2587107C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014154306/28A RU2587107C1 (ru) 2014-12-30 2014-12-30 СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОНОКЛИННОЙ МЕТАСТАБИЛЬНОЙ ФАЗЫ ОКСИДА ИТТРИЯ ПО СДВИГУ ПОЛОС ОПТИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ИОНОВ Nd3+ ИЛИ ДРУГИХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В НАНОКРИСТАЛЛИТАХ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014154306/28A RU2587107C1 (ru) 2014-12-30 2014-12-30 СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОНОКЛИННОЙ МЕТАСТАБИЛЬНОЙ ФАЗЫ ОКСИДА ИТТРИЯ ПО СДВИГУ ПОЛОС ОПТИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ИОНОВ Nd3+ ИЛИ ДРУГИХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В НАНОКРИСТАЛЛИТАХ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2587107C1 true RU2587107C1 (ru) 2016-06-10

Family

ID=56115755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014154306/28A RU2587107C1 (ru) 2014-12-30 2014-12-30 СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОНОКЛИННОЙ МЕТАСТАБИЛЬНОЙ ФАЗЫ ОКСИДА ИТТРИЯ ПО СДВИГУ ПОЛОС ОПТИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ИОНОВ Nd3+ ИЛИ ДРУГИХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В НАНОКРИСТАЛЛИТАХ

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2587107C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05273132A (ja) * 1992-03-25 1993-10-22 Fuji Electric Co Ltd セラミックスの組成分析方法
UA10507A (ru) * 1992-11-17 1996-12-25 Фізико-Хімічний Інститут Ім. О.В. Богатського Ан України Способ количественного определения острия в оксиде скандия
RU2001115703A (ru) * 1998-11-06 2003-06-20 Корнинг Инкорпорейтед Способ и устройство для определения концентрации материала в объекте, основанные на ослаблении излучения
RU2493555C1 (ru) * 2012-05-21 2013-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тверской государственный университет Ик-спектроскопический экспресс-способ определения качества лекарственного растительного сырья
CN104101593A (zh) * 2014-07-31 2014-10-15 贵州航天风华精密设备有限公司 一种用icp-aes法测定高强度镁合金中钕、钆、钇、锆、铁、硅元素的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05273132A (ja) * 1992-03-25 1993-10-22 Fuji Electric Co Ltd セラミックスの組成分析方法
UA10507A (ru) * 1992-11-17 1996-12-25 Фізико-Хімічний Інститут Ім. О.В. Богатського Ан України Способ количественного определения острия в оксиде скандия
RU2001115703A (ru) * 1998-11-06 2003-06-20 Корнинг Инкорпорейтед Способ и устройство для определения концентрации материала в объекте, основанные на ослаблении излучения
RU2493555C1 (ru) * 2012-05-21 2013-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тверской государственный университет Ик-спектроскопический экспресс-способ определения качества лекарственного растительного сырья
CN104101593A (zh) * 2014-07-31 2014-10-15 贵州航天风华精密设备有限公司 一种用icp-aes法测定高强度镁合金中钕、钆、钇、锆、铁、硅元素的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.В.ОСИПОВ и др. Люминесценция оксида иттрия, ЖТФ, 2008, т.78, вып.11, с.140-142. В.И.СОЛОМОНОВ и др. Особенности отжига и термоусадки пресованных нанопорошков на основе моноклинного оксида иттрия, Известия ВУЗов, Физика, 2011, N1/3, с.224-229. Л.М.КОВБА и др. Рентгенофазовый анализ, Изд-во МГУ, 1976, с.183. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jégou et al. Raman spectroscopy characterization of actinide oxides (U1− yPuy) O2: Resistance to oxidation by the laser beam and examination of defects
Ferriss et al. Site-specific hydrogen diffusion rates during clinopyroxene dehydration
Blaha et al. Raman microprobe spectra of individual microcrystals and fibers of talc, tremolite, and related silicate minerals
Zhang et al. Raman spectral, elemental, crystallinity, and oxygen-isotope variations in conodont apatite during diagenesis
MacRae et al. Hyperspectral cathodoluminescence
Deon et al. Water and Iron effect on the PTx coordinates of the 410-km discontinuity in the Earth upper mantle
Bolfan-Casanova et al. Measurement of water contents in olivine using Raman spectroscopy
Yang et al. Influence of carbon on the thermoluminescence and optically stimulated luminescence of α-Al2O3: C crystals
Goueguel et al. In situ measurements of calcium carbonate dissolution under rising CO 2 pressure using underwater laser-induced breakdown spectroscopy
Yanagisawa et al. Micro FT-IR study of the hydration-layer during dissolution of silica glass
Khumaeni et al. New technique for the direct analysis of food powders confined in a small hole using transversely excited atmospheric CO 2 laser-induced gas plasma
Potrafke et al. OH defect contents in quartz in a granitic system at 1–5 kbar
Jollands et al. An eruption chronometer based on experimentally determined H-Li and H-Na diffusion in quartz applied to the Bishop Tuff
Sarkar et al. Analysis of barium borosilicate glass matrix for uranium determination by using ns-IR-LIBS in air and Ar atmosphere
Niu et al. Pressure-induced phase transition of La 2 Zr 2 O 7 and La 0.5 Gd 1.5 Zr 2 O 7 pyrochlore
Alifirova et al. Micro‐Raman study of crichtonite group minerals enclosed into mantle garnet
Vance et al. Optical study of U5+ in zircon
RU2587107C1 (ru) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОНОКЛИННОЙ МЕТАСТАБИЛЬНОЙ ФАЗЫ ОКСИДА ИТТРИЯ ПО СДВИГУ ПОЛОС ОПТИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ИОНОВ Nd3+ ИЛИ ДРУГИХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В НАНОКРИСТАЛЛИТАХ
Liu et al. Detection of trace-level uranium and samarium in glasses by combined laser-induced breakdown spectroscopy and plasma-induced fluorescence spectroscopy
Sosman et al. Optical and structural properties of Zn 2 TiO 4: Mn 2+
Kayama et al. Radiation effects on cathodoluminescence of albite
Malíčková et al. Detailed luminescence spectra interpretation of selected oxides: Spinel from Myanmar and chrysoberyl—Var. alexandrite from Tanzania
Gose et al. Water in natural olivine—determined by proton-proton scattering analysis
Thompson et al. A Comparison of R-line Photoluminescence of Emeralds from Different Origins.
US4007009A (en) Chemical analysis of ions incorporated in lattices using coherent excitation sources

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191231