Парамагнитные дефекты структуры MAX-фаз Cr–Ti–Al–C
Методами рентгенофазового анализа, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и электронного парамагнитного резонанса исследованы фазовый состав, состояние поверхности и природа парамагнитных центров в образце MAX-фазы Cr2TiAlC2, полученной спеканием в вакууме при 1300 oС спрессованных порошков Cr, Al, TiC, С. По данным рентгеновской дифракции основной является МАХ-фаза 312 (Cr2/3Ti1/3)3AlC2 с примесями Cr1.5Ti0.5AlC, Cr2AlC, α-Al2O3, карбидов и оксидов хрома. Методом РФЭС установлено, что на поверхности образца преобладают оксид алюминия и окисленные состояния титана и хрома, при этом соотношение Ti4+/Ti3+/Ti2+ = 1.58/1.0/1.08, содержание Cr3+ превышает содержание Cr6+ более чем в три раза. Изучена природа парамагнитных центров в образце (Cr2/3Ti1/3)3AlC2. Выявлены электронные дефекты и дырочные центры О– и Cr3+ в различных оксидных матрицах приповерхностных слоев, что может иметь важное значение для электронной проводимости и магнитных свойств.
1. M. W. Barsoum. MAX Phases: Properties of Machinable Ternary Carbides and Nitrides, Wiley-VCH Germany (2013), doi: 10.1002/9783527654581
2. S. Zhang, Y. Zhou, X. Liang, Y. Wang, T. Wang, J. Yang, L. Lv. Nanomaterials, 12 (2022) 4364, https://doi.org/10.3390/nano12244364
3. J. L. Hart, K. Hantanasirisakul, A. C. Lang, Y. Y. Li, F. Mehmood, R. Pachter, A. I. Frenkel, Y. Gogotsi, M. L. Taheri. Adv. Mater. Interfaces, 8 (2021) 2001789, https://doi.org/10.1002/admi.202001789
4. X. T. Jiang, A. V. Kuklin, A. Baev, Y. Q. Ge, H. Agren, H. Zhang, P. N. Prasad. Phys. Rep., 848 (2020) 1—58, https://doi.org/10.1016/j.physrep.2019.12.006
5. J. J. He, G. Q. Ding, C. Y. Zhong, S. Li, D. F. Li, G. Zhang. Nanoscale, 11 (2019) 356—364, doi: 10.1039/C8NR07692H
6. N. C. Frey, A. Bandyopadhyay, H. Kumar, B. Anasori, Y. Gogotsi, V. B. Shenoy. ACS Nano, 13 (2019) 2831—2839, https://doi.org/10.1021/acsnano.8b09201
7. K. Hantanasirisakul, B. Anasori, S. Nemsak, J. L. Hart, J. Wu, Y. Yang, R. V. Chopdekar, P. Shafer, A. F. May, E. J. Moon, J. Zhou, Q. Zhang, M. L. Taheri, S. J. May, Y. Gogotsi. Nanoscale Horiz., 5 (2020) 1557—1565 (2020), doi: 10.1039/D0NH00343C
8. J. Yang, X. Zhou, X. Luo, S. Zhang, L. Chen. Appl. Phys. Lett., 109 (2016) 203109, https://doi.org/10.1063/1.4967983
9. Q. Sun, Z. M. Fu, Z. X. Yang. J. Mag. Mag. Mater., 514 (2020) 167141, https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.167141
10. X. F. Ma, W. B. Mi. J. Phys. Chem. C, 124 (2020) 3095—3106, https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b10598
11. M. W. Barsoum. J. Electrochem. Soc., 148 (2001) 544—550, doi: 10.1149/1.1380255
12. D. J. Tallman, B. Anasori, M. W. Barsoum. Mater. Res. Lett., 1 (2013) 115—125, http://dx.doi.org/10.1080/21663831.2013.806364
13. Z. Liu, L. Zheng, L. Sun, Y. Qian, J. Wang, M. Li. J. Am. Ceram. Soc., 97 (2013) 67—69, https://doi.org/10.1111/jace.12731
14. N. Coossens, K. Lambrinou, T. Lapauw, B. Tunsa, J. Vleugels. MAX Phases, Structure, Processing, and Properties, Chapter May (2021), doi: 10.1016/B978-0-12-818542-1.00015-1
15. Md. S. Alam, M. A. Chowdhury, T. Khandaker, M. S. Hossain, M. S. Islam, M. M. Islam, M. K. Hasan. RSC Adv., 14 (2024) 26995—27041, doi: 10.1039/d4ra03714f
16. Е. А. Оводок, М. И. Ивановская, А. Е. Селезнев, С. В. Злотский, В. В. Углов, А. А. Верещака. Журн. прикл. спектр., 92 (2025) 753—760
17. Г. Г. Федорук. Журн. прикл. спектр., 69 (2002) 141—159 https://doi.org/10.1023/A:1016113814743
18. W. B. Pearson. Science, 162 (1968) 251—251, doi: 10.1126/science.162.3850.251.b
19. L. Shen. Dissertation (TU Delft), Delft University of Technology (2016), https://doi.org/10.4233/uuid:bece20f8-1d72-425e-b4b1-5d817e54f762
20. T. Liao, J. Wang, Y. Zhou. Scripta Mater., 59 (2008) 854—857, https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2008.06.044
21. Z. Lin, Y. Zhou, M. Li, J. Wang. Int. J. Mater. Res., 96 (2022) 291—296, https://doi.org/10.3139/ijmr-2005-0051
22. S. K. Misra, S. I. Andronenko, D. Tipikin, J. H. Freed, V. Somani, O. Prakash. J. Magn. Magn. Mater., 401 (2016) 495—505, https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.10.072
23. A. Naldoni, M. Altomare, G. Zoppellaro, N. Liu, S. Kment, R. Zboril, P. Schmuki. ACS Catal., 9 (2019) 345—364, https://doi.org/10.1021/acscatal.8b04068
24. A. A. Minnekhanov, D. M. Deygen, E. A. Konstantinova, A. S. Vorontsov, P. K. Kashkarov. Nanoscale Res. Lett., 7 (2012) 333, https://doi.org/10.1186/1556-276X-7-333
25. M. Ivanovskaya, K. Chernyakova, E. Ovodok, S. Poznyak, D. Kotsikau, I. Azarko. Mater. Chem. Phys., 278 (2022) 125703, https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2022.125703
26. M. Ivanovskaya, E. Ovodok, D. Kotsikau, I. Azarko, M. Micusik, M. Omastova, V. Golovanov. RSC Adv., 10 (2020) 25602—25608, https://doi.org/10.1039/D0RA02959A
27. E. A. Ovodok, M. I. Ivanovskaya, S. K. Poznyak, A. M. Maltanova, I. I. Azarko, M. Micusik, M. Omastava, A. Aniskevich. Thin Solid Films, 771 (2023) 139759, https://doi.org/10.1016/j.tsf.2023.139759
28. Z. J. Lin, M. S. Li, J. Y. Wang, Y. C. Zhou. Acta Mater., 55 (2007) 6182—6191, https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.07.024
29. W. Tian, P. Wang, Y. Kan, G. Zhang. J. Mater. Sci., 43 (2008) 2785—2791, https://doi.org/10.1007/s10853-008-2516-2
30. J. E. Wertz, J. R. Bolton. Electron Spin Resonance: Elementary Theory and Practical Applications, McGraw Hill, New York (1972)
31. S. O. Baumann, M. J. Elser, M. Auer, J. Bernardi, N. Hüsing, O. Diwald. Langmuir, 27 (2011) 1946−1953. https://doi.org/10.1021/la104213d
32. S. Livraghi, M. Rolando, S. Maurelli, M. Chiesa, M. C. Paganini, E. Giamello. J. Phys. Chem. C, 118 (2014) 22141—22148, https://doi.org/10.1021/jp5070374
33. E. G. Panarelli, S. Livraghi, S. Maurelli, V. Polliotto, M. Chiesa, E. Giamello. J. Photochem. Photobiol. A, 322-323 (2016) 27—34, https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2016.02.015
34. C. P. Kumar, N. O. Gopal, T. C. Wang, M.-S. Wong, S. C. Ke. J. Phys. Chem. B, 110 (2006) 5223—5229, https://doi.org/10.1021/jp057053t
35. H. Lunsford. Catalysis Rev.: Sci. and Eng., 8 (1974) 135—157, https://doi.org/10.1080/01614947408071859
36. C. Naccache, P. Meriaudeau, M. Che, A. J. Tench. Trans. Faraday Soc., 67 (1971) 506—512, https://doi.org/10.1039/TF9716700506
37. M. Che, A. J. Tench. Adv. Catalysis, 31 (1982) 77—133, https://doi.org/10.1016/S0360-0564(08)60453-8
38. M. Chiesa, M.C. Paganini, S. Livraghi, E. Giamello. Phys. Chem. Chem. Phys., 15 (2013) 9435—9447, https://doi.org/10.1039/C3CP50658D
39. A. J. Tench, T. Lawson, J. F. J. Kibblewhite. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1, 68 (1972) 1169—1180, https://doi.org/10.1039/F19726801169
40. E. V. Frolova, M. I. Ivanovskaya. Mater. Sci. Eng. C, 26 (2006) 1106—1110, https://doi.org/10.1016/j.msec.2005.09.016
41. E. Carter, A. F. Carley, D. M. Murphy. J. Phys. Chem. C, 111 (2007) 10630—10638, https://doi.org/10.1021/jp0729516
42. J. Kerssen, J. Volger. J. Physica, 69 (1973) 535—561, https://doi.org/10.1016/0031-8914(73)90087-6
43. D. Zwingel. Solid State Commun., 26 (1978) 775—777, https://doi.org/10.1016/0038-1098(78)90740-8
44. D. C. Hurum, A. G. Agrios, K. A. Gray, T. Rajh, M. C. Thurnauer. J. Phys. Chem. B, 107 (2003) 4545—4549, https://doi.org/10.1021/jp0273934
45. T. Sekiya, H. Takeda, N. Kamiya, S. Kurita, T. Kodaira. Phys. Status Solidi (c), 3 (2006) 3603—3606, https://doi.org/10.1002/pssc.200672152
46. J. M. Coronado, A. J. Maira, J. C. Conesa, K. L. Yeung, V. Augugliaro, J. Soria. Langmuir, 17 (2001) 5368—5374, https://doi.org/10.1021/la010153f
47. A. Carrington, A. D. McLachlan. Introduction to Magnetic Resonance with Applications to Chemistry and Chemical Physics, New York, Evanston, London (1967)
48. K. Drager. Z. Naturforsch. A, 31 (1976) 622—629, https://doi.org/10.1515/zna-1976-0617
49. I. D. Ryabov, M. L. Meilman. Bull. Moscow Soc. Naturalists. Geological Ser., 91 (2016) 62—65
50. T. Tatsukawa, M. Inoue, H. Yagi. J. Phys. Soc. Jpn., 36 (1974) 908, https://doi.org/10.1143/JPSJ.36.908
51. W. H. From. Phys. Rev., 131 (1963) 961—963, doi: https://doi.org/10.1103/PhysRev.131.961
52. K. Drager, R. Gerling. Z. Naturforsch. A, 35 (1980) 475—482, https://doi.org/10.1515/zna-1980-0502
53. S. Livraghi, M. Chiesa, M. C. Paganini, E. Giamello. J. Phys. Chem. C, 115 (2011) 25413—25421, https://doi.org/10.1021/jp209075m
54. М. И. Ивановская, Е. А. Оводок, С. К. Позняк, Д. А. Котиков, И. А. Свито. Журн. прикл. спектр., 89 (2022) 477—484 https://doi.org/10.1007/s10812-022-01405-6