Highly Cr-substituted barium hexaferrite (BaFe12–xCrxO19, x = 5, 6, 7) is prepared by the solid-phase synthesis at the isothermal temperatures of 1400 °C, 1500 °C, and 1600 °C. The optimal synthesis temperatures are determined from the obtained powder XRD and electron microscopy data. Correlations are established between chemical composition and synthesis temperature on the one hand and unit cell parameters, particle size, Curie temperature, and electrical resistivity on the other hand.

A solid-phase synthesis of the InGaZn2O5 semiconductor oxide is reported; its phase composition, structure, and morphology are analyzed using XRD, full-profile XRD analysis, scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, IR spectroscopy, and Raman spectroscopy. It is shown that the studied compound corresponds to the InGaZn2O5 structure, P63/mmc space group; its structural parameters are reported. The sample prepared under the chosen conditions has morphology characterized by polydispersity, presence of agglomerates, and by the absence of pronounced crystallite faceting. IR and Raman spectra of InGaZn2O5 are reported for the first time.

Гексаферрит бария с высокой степенью замещения хромом (BaFe12-xCrxO19, при х = 5, 6, 7) был получен методом твердофазного синтеза при температурах изотермической выдержки 1400, 1500 и 1600 °С. На основе результатов рентгенофазового анализа, электронной микроскопии определены оптимальные температуры синтеза. Установлены корреляции между химическим составом/температурой синтеза и параметрами элементарной ячейки, размером частиц, температурой Кюри и удельным электрическим сопротивлением.

В работе представлен результат твердофазного синтеза полупроводникового оксида InGaZn2O5, проведен фазовый, структурный и морфологический анализ. Для исследования использованы методы рентгеновской дифракции, полнопрофильного анализа дифрактограмм, сканирующей электронной микроскопии, а также энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, инфракрасной спектроскопии и Рамановской спектроскопии. Показано, что исследуемый состав соответствует структуре InGaZn2O5, с пространственной группой P63/mmc, приведены структурные параметры. Морфология образца, полученного в приведенных условиях, характеризуется полидисперсностью, агломератами, отсутствием выраженной огранки кристаллитов. Впервые приведены инфракрасные и Рамановские спектры состава InGaZn2O5.

Abstract—The solid-phase synthesis of indium–gallium–zinc oxide (IGZO) with the formula InGaZnO4 is studied. The synthesis is performed from the In2O3, Ga2O3, and ZnO oxides at a temperature of 1400°C for 24 h in an air atmosphere and is followed by rapid air cooling. The single-phase state of the resulting ceramic pellet is confirmed by X-ray diffraction, infrared Fourier transmission spectroscopy, and Raman spectroscopy. The dimensional characteristics, the morphology of the synthesized sample, and the distribution of elements are estimated using scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. The unit cell parameters are determined using the Rietveld full-profile analysis.

The study deals with the effect exerted by adding various zirconium amounts on the heat resistance and chemical durability of aluminoborosilicate glass-containing host materials prepared by rapid cooling (quenching) of melts with different ratios of sodium and cesium. The specific features of the anionic structure of the glass-containing part of these materials were studied by vibrational spectroscopy. The Na/Cs ratio and zirconium additions influence the softening/glass transition point and the rate of dissolution of the major components on prolonged keeping in an aqueous medium. The results obtained are recommended for use in evaluation and correction of properties of borosilicate host materials for high-level waste immobilization.

In search of novel waste form materials for vitrifying high-level radioactive waste with various compositions and improving the way in which they are used, we have prepared and investigated waste form materials in the Na2O–Rb2O–SrO(Ba,Ca)–B2O3–SiO2–Al2O3–ZrO2 system. Using electron microscopy, X-ray diffraction, and infrared spectroscopy characterization of samples prepared by rapid cooling of melts containing 3.6–4.5 mol

By means of vibrational spectroscopy, the study examines the structure of matrix materials synthesized through the quenching of sodium-rubidium aluminoborosilicate melts with the addition of zirconium. Zirconium was found to have a significant effect on the ratio of the main structural units and the distribution of modifier cations among them in the glass structure. The obtained results were used to explain changes in the glass-melt transition temperature and synthesized material density; they can be useful in adjusting the composition and synthesis parameters of matrix materials for the immobilization of high-level radioactive waste containing significant amounts of zirconium.

Results are reported about the molecular mechanics simulation of the structures of carbon–nitrogen solid solutions obtained by pyrolysis of a molten mixture of melamine with 50-100 wt.

Synthesis and study of the structure and various properties of Na-Cs and Na-Rb aluminoborosilicate model glasses with addition of the alkaline-earth cations have been carried out. Vibrational spectroscopy techniques have been used to establish the high degree of polymerization and noticeable structural similarity of all synthesized glasses at fixed ratio of modifying and network-forming cations. It has been shown that increasing fraction of large cations in the total content of modifying cations leads to changes in distribution of modifying cations between the silicate and borate structural units. The observed homogeneity with the similarity of anionic structure, at different content and various combinations of alkali and alkaline-earth cations, points at promising application of these glasses as a basis for synthesis of matrix materials for high-level radioactive waste disposal.

Приведены результаты моделирования методом молекулярной механики структуры твердых растворов углерод-азот, полученных пиролизом расплавленной смеси меламина с 50-100 масс. % высокотемпературного каменноугольного пека при их медленном нагревании до 500 °С. Экспериментально показано, что электропроводность полученных твердых растворов увеличивается на несколько порядков с ростом концентрации азота от 0,4 до 22 масс. %. Моделирование структуры является важным этапом, необходимым для понимания механизма электропроводности. Исходными данными для моделирования служат результаты элементного, рентгенофазового, пикнометрического, синхронного термического анализов, а также ИК-, и РФЭ-спектроскопии полученных материалов. Помимо атомов азота и углерода в исследуемых образцах присутствуют атомы водорода и кислорода, что объясняется наличием этих элементов в исходных компонентах. Полученные материалы по данным РФЭС и рамановской спектроскопии имеют графитоподобную структуру, с углеродом, находящимся преимущественно в состоянии sp2-гибридизации. Методом РФЭС установлено наличие четырех различных по типу окружения атомов азота: графито-, пиридино-, пирролоподобного, а также окисленного. Данные термического анализа позволили сделать вывод об отсутствии триазиновых островков в образцах, приготовленных из смесей с массовой долей пека 80-100 % и об их присутствии в образцах с массовой долей пека 50-70 %. Данные ИК спектроскопии подтвердили отсутствие амино- и циано- групп во всех твердых растворах. На основании существующих экспериментальных данных предложены модели структуры исследуемых материалов и найдены общие закономерности структур.

During the development of new composition versions for basic systems immobilizing high-level radioactive waste, the investigation of physico-chemical peculiarities has been carried out for various glass-ceramic mate-rials, synthesized by the quench method from melts of the Na2O - Cs2O - CaO (SrO, BaO) - Al2O3 - B2O3 - SiO2 system with high zirconium content. Factors that determine solubility and zirconium retention have been studied, as well as homogeneity of the synthesized materials. The influence of zirconium upon the phase composition of materials, formation of their structure, crystallization processes, density values, and thermal properties have been considered. The obtained data point at possibilities in application of the chosen glass -forming system with the investigated combination of components in the field of synthesis of matrix materials for immobilization of high-level radioactive waste with high zirconium content.

Эпитаксиальная гетероструктура на основе манганитных пленок стронция и лантана-стронция (SrMnO3 и La0.7 Sr0.3 MnO3 ) изучалась в данной работе. Измерены спектры ферромагнитного резонанса, угловые зависимости резонансного поля при различных температурах, плоскостная и кубическая анизотропия, а также температурные зависимости намагниченности. Полученные магнитные параметры гетероструктуры сравнивались с магнитными параметрами одиночной пленки La0.7 Sr0.3 MnO3. Мы предполагаем, что наличие межслоевого обмена на границе раздела ферромагнетик-антиферромагнетик при низких температурах приводит к возникновению однонаправленной анизотропии в гетероструктуре SrMnO3/La0.7 Sr0.3 MnO3. Мы полагаем, что представленные результаты будут полезны для практической разработки сверхбыстродействующих устройств на основе антиферромагнетиков: излучателей, усилителей, детекторов.

Впервые методом спонтанной кристаллизации из раствора получены крупные монокристаллы высокоэнтропийных оксидов со структурой гексаферрита М-типа, химический состав которых может быть описан формулой BaFe12-x(Ti,Mn,In,Ga)xO19. Определены фактические составы полученных образцов: BaFe1.20Ti0.22Mn0.76In0.58Ga0.23O19, BaFe8.71Ti0.44Mn1.16In1.25Ga0.44O19, BaFe7.14Ti0.57Mn1.77In1.79Ga0.73O19, BaFe5.6Ti0.64Mn2.48In2.52Ga0.76O19. Полученные кристаллы имеют характерную для гексаферритов форму и характеризуются достаточно равномерным распределением элементов в их структуре. Установлено существенное количественное различие в способности ионов различных металлов переходить из расплава в растущий кристалл. При этом изменение исходной концентрации ионов в растворе практически не оказывает влияния на способность ионов переходить в растущий кристалл. Изучено влияние состава кристаллов на параметры их кристаллической решётки. Некоторый рост значений этих параметров коррелирует с уменьшением содержания железа в образцах. Главным образом это объясняется повышением средневзвешенного ионного радиуса ионов, образующих кристаллы. Рассчитаны и сопоставлены значения конфигурационной энтропии смешения в рамках подрешётки, образованной Fe, Ti, Mn, In и Ga, для целевых составов и составов фактически полученных кристаллов.

Zirconium is one of critical high-level waste components that get into the glass and affect its properties. There are various zirconium sources such as partial corrosion damage of fuel rod clads in the course of SNF reprocessing or dissolution of the zirconium-containing refractory material of the glass-making furnace in the glass melt. Furthermore, zirconium is present in SNF as a fission product. Dissolution of zirconium in aluminoborosilicate glasses developed as a host material for high-level waste vitrification was studied by electron microscopy. The zirconium distribution between the glass and crystalline phases was studied. The optimum component ratio ensuring maximal incorporation of zirconium into the glass-containing fraction of the host material was determined. The results obtained can serve as a basis for adjusting the synthesis parameters of glass-containing borosilicate host materials used for immobilization of zirconium-containing high-level waste.

В рамках поиска новых вариантов матричных материалов для остекловывания высокоактивных радиоактивных отходов различного состава и совершенствования способов их применения были синтезированы и изучены образцы матричных материалов системы Na 2 O–Rb 2 O–SrO(Ba,Ca)–B 2 O 3 –SiO 2 –Al 2 O 3 –ZrO 2 . Методами электронной микроскопии, рентгеновской дифракции и инфракрасной спектроскопии для образцов, полученных быстрым охлаждением из расплавов с содержанием рубидия 3.6–4.5 мол. %, зафиксировано формирование однородного стеклообразного вещества, установлены значения концентрации циркония, отражающие его растворимость в стекле, и присутствие равномерно распределенных кристаллов бадделеита, указывающих на избыточное содержание циркония в исходном расплаве. Для образцов с содержанием рубидия 6.7–8.5 мол. % установлено формирование вещества с менее однородной структурой и значительным присутствием цирконий- и рубидийсодержащих кристаллических фаз. На основе сравнения полученных результатов сделан вывод об оптимальном содержании циркония и рубидия в составе радиоактивных отходов при их иммобилизации методом остекловывания с использованием матричных материалов изученной системы.

Large single crystals of high-entropy oxides with the M-type hexaferrite structure, the chemical composition of which can be described by the formula BaFe 12– x (Ti, Mn, In, Ga) x O 19 , are obtained for the first time by spontaneous crystallization from a solution. The actual compositions of the samples are determined: BaFe 1.20 Ti 0.22 Mn 0.76 In 0.58 Ga 0.23 O 19 , BaFe 8.71 Ti 0.44 Mn 1.16 In 1.25 Ga 0.44 O 19 , BaFe 7.14 Ti 0.57 Mn 1.77 In 1.79 Ga 0.73 O 19 , BaFe 5.6 Ti 0.64 Mn 2.48 In 2.52 Ga 0.76 O 19 . These crystals have a special shape for hexaferrites and are characterized by a fairly uniform distribution of elements in their structure. A significant quantitative difference in the ability of various metal ions to transfer from a melt to a growing crystal is found. A change in the initial ion concentration in the solution has practically no effect on this ability. The influence of crystal compositions on their unit cell parameters is considered. Some increase in these parameters correlates with a decrease in the iron content in the samples. This is mainly due to an increase in the weighted average ionic radius of ions forming the crystals. The configuration mixing entropies within the sublattice formed by Fe, Ti, Mn, In, and Ga for the target compositions and the compositions of actually obtained crystals are calculated and compared.

The manuscript describes the impact of the chemical composition (Co2+/Zn2+ ions content), crystal and magnetic characteristics of substituted Ni0.3Zn0.7-xCoxFe2O4 (0 <= x <= 0.7) Ni-based spinels (or NZCF). The initial NZCF powders were prepared using the classic ceramics method. All investigated samples were characterized by a single-phase state with a spinel-like structure - SG: Fd-3m. The average chemical composition of the final NZCF powders correlated well with the initial stoichiometry. After XRD data refinement, we observed a linear decrease of the lattice parameters and volume of the unit cell from a = 8.4085 & Aring; till a = 8.3689 & Aring; and from V = 594.51 & Aring;(3) till V = 586.14 & Aring;(3) with x increasing from 0 to 0.7, respectively. It was explained by the smaller ionic radius of Co2+ compared to Zn2+. A strong impact of the Co2+/Zn2+ ratio in Ni0.3Zn0.7-xCoxFe2O4 (0 <= x <= 0.7) Ni-based spinels on their magnetic characteristics was demonstrated. An increase in Co2+ content from x = 0.0 to x = 0.7 leads to an increase in the remnant magnetization M-r and coercivity H-c with non-linear changes in magnetization saturation M-s. It can be explained by the competition of two factors: i. Larger magnetic moment of the Co2+ ion in comparison with the Zn2+; and ii. The features of the substituent distribution in the spinel matrix. It was observed that anisotropic parameters curves are not rectilinear. This behavior has been explained by the disproportionate contribution of two competing effects, namely, an increase in the f stiffness of the Ni3+(Zn2+, Co2+/3+, Fe3+/4+) -O2-- Fe3+/4+(Ni3+, Zn2+, Co2+/3+) indirect superexchange interactions and an increase in the M-s saturation magnetization with an increase in the x concentration of the Co2+/3+ cations.

A number of solid solutions based on BaFe12-xTixO19 M-type barium hexaferrite doped with titanium cations up to x = 2.00 were obtained using conventional ceramic technology. The phase composition, crystal structure and unit cell parameters were refined by the Rietveld method using powder X-ray diffraction data up to T = 900 K. It was found that all the compositions have a magnetoplumbite structure satisfactorily described by P6(3)/mmc space group (No. 194). With increasing temperature and doping concentration, the unit cell parameters increase almost monotonically. The minimum volume of V similar to 696.72 angstrom(3) was determined for the composition with x = 1.00 at T = 100 K, while the maximum value of V similar to 714.00 angstrom(3) is observed for the composition with x = 2.00 at T = 900 K. The mechanism of occupation nonequivalent crystallographic positions with titanium cations is established. The spin-glass component of the magnetic phase state is fixed. The T-dif temperature of the difference between the ZFC-FC curves decreases with an increase in the concentration of titanium cations and the magnetic field from similar to 237.2 K to similar to 44.5 K, while the T-inf inflection temperature of the ZFC curve increases from similar to 21.0 K to similar to 23.8 K. With an increase in the doping concentration, both the D-av average and D-max maximum clusters grow up to similar to 100 nm. As the magnetic field increases above the critical value, the spin-glass component disappears. For compositions with x > 1.00, the magnetization is not saturated in fields up to 6 T. Along with the formation of the spin-glass component, doping with titanium cations for barium hexaferrite lowers the T-C Curie temperature down to T similar to 600 K. The M-s spontaneous and M-r remanent magnetizations, as well as the B-c coercivity, decrease with increasing doping concentration almost monotonically, while the latter has an inflection point at x = 1.00. The minimum values of spontaneous and remanent magnetization, as well as coercivity, are observed for the composition with x = 2.00 and amount to M-s similar to 17.7 emu/g, M-r similar to 1.9 emu/g, and B-c similar to 3.9 x 10(-3) T, respectively. An interpretation of the magnetic state of the doped BaFe12-xTixO19 barium hexaferrite is given taking into account the mechanism of occupation nonequivalent crystallographic positions with titanium cations. (C) 2020 Elsevier B.V. All rights reserved.