A promising material for thermal barrier coating: Pyrochlore-related compound Sm2FeTaO7

Yang, Jun; Han, Yi; Shahid, Muhammad; Pan, Wei; Zhao, Meng; Wu, Wangjie; Wan, Chunlei

doi:10.1016/j.scriptamat.2018.02.005

Cited by 61 publications

(14 citation statements)

References 20 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…In the past decades, materials with A 2 B 2 O 7 composition (A is trivalent and B is tetravalent ion) have been explored extensively due to their various unique characteristics such as low thermal conductivity, high radiation stability, high dielectric constant, suitable band gap, high refractive index, along with ease of synthesis, high mechanical strength, and high thermal stability, etc. These properties make them suitable for scientific and technological applications such as thermal barrier coatings, magnetic materials, electrocatalysis, sensors, optical materials, solid‐oxide fuel cells, high level nuclear waste hosts, etc. Moreover, recently relevant nanostructured pyrochlore materials have gained significant attention compared with their bulk counterparts in the areas of photoluminescence, scintillation, and magnetism …”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

On comparison of luminescence properties of La₂Zr₂O₇ and La₂Hf₂O₇ nanoparticles

et al. 2019

View full text Add to dashboard Cite

Unveiling the underlying mechanisms of properties of functional materials, including the luminescence differences among similar pyrochlores A2B2O7, opens new gateways to select proper hosts for various optoelectronic applications by scientists and engineers. For example, although La2Zr2O7 (LZO) and La2Hf2O7 (LHO) pyrochlores have similar chemical compositional and crystallographic structural features, they demonstrate different luminescence properties both before and after doped with Eu3+ ions. Based on our earlier work, LHO‐based nanophosphors display higher photo‐ and radioluminescence intensity, higher quantum efficiency, and longer excited state lifetime compared to LZO‐based nanophosphors. Moreover, under electronic O2−→Zr4+/Hf4+ transition excitation at 306 nm, undoped LHO nanoparticles (NPs) have only violet blue emission, whereas LZO NPs show violet blue and red emissions. In this study, we have combined experimental and density functional theory (DFT) based theoretical calculation to explain the observed results. First, we calculated the density of state (DOS) based on DFT and studied the energetics of ionized oxygen vacancies in the band gaps of LZO and LHO theoretically, which explain their underlying luminescence difference. For Eu3+‐doped NPs, we performed emission intensity and lifetime calculations and found that the LHOE NPs have higher host to dopant energy transfer efficiency than the LZOE NPs (59.3% vs 24.6%), which accounts for the optical performance superiority of the former over the latter. Moreover, by corroborating our experimental data with the DFT calculations, we suggest that the Eu3+ doping states in LHO present at exact energy position (both in majority and minority spin components) where oxygen defect states are located unlike those in LZO. Lastly, both the NPs show negligible photobleaching highlighting their potential for bioimaging applications. This current report provides a deeper understanding of the advantages of LHO over LZO as an advanced host for phosphors, scintillators, and fluoroimmunoassays.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

On comparison of luminescence properties of La₂Zr₂O₇ and La₂Hf₂O₇ nanoparticles

et al. 2019

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…According to the previous research about Sm 2 FeTaO 7 ceramics, the high CTE may relate to both the distorted crystal structure and lattice relaxation. Besides, table 3 lists that the Grüneisen parameter of Sm 3 TaO 7 ceramics increases with the increasing TiO 2 content, indicating that the anharmonic lattice vibration is increased by TiO 2 alloying effect . Therefore, the increasing Grüneisen parameter may be responsible for the decrease in CTE when the TiO 2 content is higher than 6 mol%.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 95%

“…In addition, the bond energy has an important influence on retraining the ion thermal vibration from the equilibrium position, which relates to the chemical bond and the electronegativity . According to the previous research about Sm 2 FeTaO 7 ceramics, the high CTE may relate to both the distorted crystal structure and lattice relaxation. Besides, table 3 lists that the Grüneisen parameter of Sm 3 TaO 7 ceramics increases with the increasing TiO 2 content, indicating that the anharmonic lattice vibration is increased by TiO 2 alloying effect .…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

Optimization thermophysical properties of TiO₂ alloying Sm₃TaO₇ ceramics as promising thermal barrier coatings

Lin

Feng

2018

Int J Applied Ceramic Tech

View full text Add to dashboard Cite

TiO2 alloying effect is applied to optimize the thermophysical properties of fluorite‐type Sm3TaO7 ceramics synthesized via solid‐state reaction, and the influence of TiO2 alloying effect on the optical properties and elastic modulus is determined. According to the decreasing unit cell volume calculated by the X‐ray diffraction and the broadening Raman peak, Ti4+ substitutes the same number of Sm3+ and Ta5+ ions of Sm3TaO7 ceramics at the same time. As Ti4+ substitutes Sm3+ and Ta5+ ions, the band gap of TiO2‐Sm3TaO7 ceramics decreases from 4.71 to 4.11 eV. The phase transition of Sm3TaO7 ceramics is eliminated by TiO2 alloying effect and the coefficient of thermal expansion is increased. Via TiO2 alloying effect, two different phonon scattering mechanisms: (a) the misfit of atomic weight and ionic radius among Ti4+, Sm3+, and Ta5+ ions; (b) the rattling Ti4+ ions are introduced in Sm3TaO7 ceramics. The lowest thermal conductivity of TiO2‐Sm3TaO7 ceramics reaches 1.37 W K−1 m−1 (800°C, 9 mol% TiO2‐Sm3TaO7), which is much lower than 7YSZ and Sm2Zr2O7 ceramics. Accordingly, it is believed that TiO2‐Sm3TaO7 ceramics are promising thermal barrier coatings.

show abstract

“…However, little attention has been paid to studying the stability of compounds crystallizing in a pyrochlore-type structure during heating. The features of thermolysis were studied only for a few compounds [16][17][18][19][20].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Состав и структура фаз, образующихся при термолизе твердых растворов замещения H2Sb2-xVxO6·nH2O

Kovalenko

Burmistrov

Zakhar'evich

2020

kcmf

View full text Add to dashboard Cite

В соединениях, кристаллизующихся в структурном типе пирохлора (пр. гр. симм. Fd3m) общей формулы А2В2X6X’, на месте катионов A могут находиться двух- или трёхзарядные ионы, на месте B – четырёх- или пятизарядные ионы. В большом количестве работ рассматриваются вопросы формирования таких структур в зависимости от природы и размеров катионов A и B, мало внимания уделяется определению температурных интервалов их устойчивости. Поэтому целью данной работы являлось исследование термолиза твердых растворов замещения H2Sb2–xVxO6·nH2Oв интервале температур 25–700 °С, определение влияния природы катиона B (Sb, V) на устойчивость структуры типа пирохлора при нагревании.Твердые растворы замещения были получены методом соосаждения. В качестве объектов исследования выбраны образцы H2Sb2–xVxO6·nH2O, содержащие по данным элементного анализа 0; 5 (x = 0.10); 15 (x = 0.30); 20 (x = 0.40); 24 (x = 0.48) ат.% ванадия. С помощью метода ИК-спектроскопии анализировали изменение протонгидратной подрешетки в образцах, содержащих различное количество V+5. Рентгенофазовый и термогравиметрический анализ образцов позволил смоделировать процесс термолиза и определить состав фаз на каждой стадии.Показано, что при температурах 25–400 °С происходит удаление протонсодержащих группировок из гексагональных каналов структуры типа пирохлора. Увеличение количества ионов V+5 в твердых растворах изменяет энергию связи протонов с ионами кислорода [BO3]–-октаэдра, что приводит к смещению границ стадий: ионы оксония и молекулы воды удаляются при более высоких температурах, а гидроксид-ионы при более низких температурах. Повышениетемпературы выше 500 °С приводит к разрушению структуры по причине удаления кислорода из [BO3]–-октаэдров.Предложена модель заполнения атомами кристаллографических позиций структуры типа пирохлора для фаз, которые образуются при термолизе H2Sb2–xVxO6·nH2O при температурах 25–400 °С.Установлены структурные формулы твердых растворов - (H3O)Sb2-xVxO5(OH)·nH2O, где 0 < x≤ 0.48, 0 <n≤ 1.1. Показано, что на температурные интервалы стадий термолиза влияет энергия связи протонов с ионами кислорода [BO3]–-октаэдров, где B = V, Sb, формирующих каркас структуры. При этом в рамках структуры типа пирохлора исследуемые твердые растворы устойчивы до 400 °С. ЛИТЕРАТУРА Subramanian M. A., Aravamudan G., Rao G. V. S. Oxide pyrochlores — A review. Progress in Solid State Chemistry. 1983;15(2): 55–143. DOI: https://doi.org/10.1016/0079-6786(83)90001-8 Krasnov A. G., Piir I. V., Koroleva M. S., Sekushin N. A., Ryabkov Y. I., Piskaykina M. M., Sadykov V. A., Sadovskaya E. M., Pelipenko V. V., Eremeev N. F. The conductivity and ionic transport of doped bismuth titanate pyrochlore Bi1.6МxTi2O7–d (М– Mg, Sc, Cu). Solid State Ionics. 2017;302: 118–125. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ssi.2016.12.019 Cherednichenko L. A., Moroz Ya. A. Catalytic properties of heteropolytungstates with 3d elementsand their thermolysis products. Kinetics and Catalysis. 2018;59(5): 572–577. DOI: https://doi.org/10.1134/S0023158418050038 Krasnov A. G., Kabanov A. A., Kabanova N. A., Piir I. V., Shein I. R. Ab initio modeling of oxygen ionmigration in non-stoichiometric bismuth titanate pyrochlore Bi1.5Ti2O6.25. Solid State Ionics. 2019;335: 135–141. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ssi.2019.02.023 Farlenkov A. S., Khodimchuk A. V., Eremin V. A., Tropin E. S., Fetisov A. V., Shevyrev N. A., Leonidov I. I., Ananyev M. V. Oxygen isotope exchange in doped lanthanum zirconates. Journal of Solid State Chemistry. 2018;268: 45–54. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jssc.2018.08.022 Rejith R. S., Thomas J. K., Solomon S. Structural, optical and impedance spectroscopic characterizations of RE2Zr2O7 (RE = La, Y) ceramics. Solid State Ionics. 2018;323: 112–122. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ssi.2018.05.025 Егорышева А. В., Эллерт О. Г., Гайтко О. М., Берсенева А. А., Максимов Ю. В., Дудкина Т. Д. Магнитные свойства твердых растворов со структурой типа пирохлора Pr2-xFe1+xSbO7, Bi2–xLnxFeSbO7 (Ln = La, Pr). Неорганические материалы. 2016;52(10): 1106–1115. DOI: https://doi.org/10.7868/S0002337X16100079 Rau J. G., Gingras M. J. P. Frustrated quantum rare-earth pyrochlores. Annual Review of Condensed Matter Physics. 2019;10(1): 357-386. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-conmatphys-022317-110520 Ломанова Н. А., Томкович М. В., Соколов В. В., Уголков В. Л. Формирование и термическое поведение нанокристаллического Bi2Ti2O7. Журнал общей химии. 2018;88(12): 1937–1942. DOI: https://doi.org/10.1134/S0044460X18120016 Liu X., Huang L., Wu X., Wang Z., Dong G., Wang C., Liu Y., Wang L. Bi2Zr2O7 nanoparticles synthesized by soft-templated sol-gel methods for visiblelight-driven catalytic degradation of tetracycline. Chemosphere. 2018;210: 424–432. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.07.040 Weller M. T., Hughes R. W., Rooke J., Knee Ch. S., Reading J. The pyrochlore family – a potential panacea for the frustrated perovskite chemist. Dalton Transactions. 2004;19: 3032–3041. DOI: https://doi.org/10.1039/B401787K Knop O., Brisse F., Meads R. E., Brainbridge J. Pyrochlores. IV. Crystallographic and mossbauer studies of A2FeSbO7 pyrochlores. Canadian Journal of Chemistry. 1968;46: 3829–3832. DOI: https://doi.org/10.1139/v68-635 Sadykov V. A., Koroleva M. S., Piir I. V., Chezhina N. V., Korolev D. A., Skriabin P. I., Krasnov A. V., Sadovskaya E. M., Eremeev N. F., Nekipelov S. V., Sivkov V. N. Structural and transport properties of doped bismuth titanates and niobates. Solid State Ionics. 2018;315: 33–39. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ssi.2017.12.008 Егорышева А. В., Попова Е. Ф., Тюрин А. В., Хорошилов А. В., Гайтко О. М., Светогоров Р. Д. Сложные танталаты РЗЭ с пирохлороподобной структурой: синтез, структура и термические свойства. Журнал неорганической химии. 2019;64(11):1154–1165. DOI: https://doi.org/10.1134/S0044457X19110059 McCauley R. A. Structural characteristics of pyrochlore formation. Journal of Applied Physics. 1980;51(1): 290–294. DOI: https://doi.org/10.1063/1.327368 Лупицкая Ю. А., Бурмистров В. А. Фазообразование в системе K2CO3–Sb2O3–WO3 при нагревании. Журнал неорганической химии. 2011; 56 (2): 329–331. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_15599328_91286141.pdf Piir I. V., Koroleva M. S., Korolev D. A., Chezina N. V., Semenov V. G., Panchuk V. V. Bismuth iron titanate pyrochlores: Thermostability, structure and properties. Journal of Solid State Chemistry. 2013;204: 245–250. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jssc.2013.05.031 Лупицкая Ю. А., Калганов Д. А., Клюева М. В. Образование cоединений в системе Ag2O-Sb2O3-MoO3 при нагревании. Неорганические материалы. 2018;54(3): 252–256. DOI: https://doi.org/10.7868/S0002337X18030053 Lomakin M. S., Proskurina O. V., Danilovich D. P., Panchuk V. V., Semenov V. G., Gusarov V. V. Hydrothermal synthesis, phase formation and crystal chemistry of the pyrochlore/Bi2WO6 and pyrochlore/a-Fe2O3 composites in the Bi2O3–Fe2O3–WO3 system. Journal of Solid State Chemistry. 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jssc.2019.121064 Yang J., Han Y., Shahid M., Pan W., Zhao M., Wu W., Wan C. A promising material for thermal barrier coating: Pyrochlore-related compound Sm2FeTaO7. Scripta Materialia. 2018;149: 49–52. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2018.02.005 Коваленко Л. Ю., Бурмистров В. А., Лупицкая Ю. А., Ковалев И. Н., Галимов Д. М. Синтез твёрдых растворов H2Sb2–xVxO6·nH2O со структурой типа пирохлора. Бутлеровские сообщения. 2018;55(8): 24–30. ROI: jbc-01/jbc-01/18-55-8-24 Коваленко Л. Ю., Бурмистров В. А. Диэлектрическая релаксация и протонная проводимость полисурьмяной кислоты, допированной ионами ванадия. Конденсированные среды и межфазные границы. 2019;21(2): 204–214. DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2019.21/758 Трофимов В. Г., Шейнкман А. И., Клещев Г. В. О пятиокиси сурьмы в кристаллическом состоянии. Журнал структурной химии. 1973;14(2): 275–279. Коваленко Л. Ю., Ярошенко Ф. А., Бурмистров В. А., Исаева Т. Н., Галимов Д. М. Термолизгидрата пентаоксида сурьмы. Неорганические материалы. 2019;55(6): 628–634. DOI: https://doi.org/10.1134/S0002337X19060083 Chen J., Chen Z., Zhang X., Li X., Yu L., Li. D. Antimony oxide hydrate (Sb2O5·3H2O) as a simple and high effi cient photocatalyst for oxidation of benzene. Applied Catalysis B: Environmental. 2018;210: 379–385. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.04.004 Kovalenko L. Yu., Burmistrov V. A., Lupitskaya Yu. A., Yaroshenko F. A., Filonenko E. M., Bulaeva E. A. Ion exchange of H+/Na+ in polyantimonic acid, doped with vanadium ions. Pure and Applied Chemistry. 2019. DOI: https://doi.org/10.1515/pac-2019-0112 Юхневич Г. В. Успехи в применении ИК-спектроскопии для характеристики ОН-связей. Успехи химии. 1963;32(11): 1397–1423. DOI: https://doi.org/10.1070/RC1963v032n11ABEH001370 Тарасова Н. А., Анимица И. Е. Влияние природы галогена на локальную структуру и интеркалацию воды в оксигалогенидах Ba2InO3X (X = F, Cl, Br). Оптика и спектроскопия. 2018;124(2): 167–170. DOI: https://doi.org/10.21883/OS.2018.02.45518.171-17 Дерягин Б. В., Чураев Н. В., Овчаренко Ф. Д., Тарасевич Ю. И., Букин В. А., Сарвазян А. П., Харакоз Д. П., Саушкин В. В. Вода в дисперсных системах. М.: Химия; 1989. 288 с. Ферапонтов Н. Б., Вдовина С. Н., Гагарин А. Н., Струсовская Н. Л., Токмачев М. Г. Свойства воды в гелях гидрофильных полимеров. Конденсированные среды и межфазные границы. 2011; 13(2): 208–214. Режим доступа: http://www.kcmf.vsu.ru/resources/t_13_2_2011_015.pdf Frenkel L. S. Nuclear magnetic resonance method for determining the moisture holding capacity of cation exchange resins as a function of temperature. Analytical Chemistry. 1973;45(8): 1570–1571. DOI: https://doi.org/10.1021/ac60330a052 Карговский А. В. Водные кластеры: структуры и оптические колебательные спектры. Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2006;14(5): 110–119. DOI: https://doi.org/10.18500/0869-6632-2006-14-5-110-119 Eisenberg D., Kauzmann W. The structure and properties of water. Oxford: Oxford University Press; 1969. 296 p. Yu T., Zhang H., Cao H., Zheng G. Understanding the enhanced removal of Bi(III) using modifi ed crystalline antimonic acids: creation of a transitional pyrochlore-type structure and the Sb(V)-Bi(III) interaction behaviors. Chemical Engineering Journal. 2019;360: 313–324. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.11.209 Nakamoto K. Infrared and raman spectra of inorganic and coordination compounds: Part A: Theory and applications inorganic chemistry (Sixth ed.). New York: John Wiley & Sons; 2009. 419 p. DOI: https://doi.org/10.1002/9780470405840 Birchall T., Sleight A. W. Oxidation states in vanadium antimonate (“VSbO4”). Inorganic Chemistry. 1976;15(4): 868–870. DOI: https://doi.org/10.1021/ic50158a026 Guerrero-Pérez M. O. V-containing mixed oxide catalysts for reduction–oxidation-based reactions with environmental applications: A short review. Catalysts. 2018;8(11): 564. DOI: https://doi.org/10.3390/catal8110564 Котов В. Ю., Ярославцев А. Б. Протонная подвижность в неорганических гидратах кислот и кислых солей. Известия Академии наук. Серия химическая. 2002;4: 515–528. Полинг Л. Природа химической связи. М.:Ленинград: Госхимиздат; 1947. 116 с.

show abstract

A promising material for thermal barrier coating: Pyrochlore-related compound Sm2FeTaO7

Cited by 61 publications

References 20 publications

On comparison of luminescence properties of La₂Zr₂O₇ and La₂Hf₂O₇ nanoparticles

On comparison of luminescence properties of La₂Zr₂O₇ and La₂Hf₂O₇ nanoparticles

Optimization thermophysical properties of TiO₂ alloying Sm₃TaO₇ ceramics as promising thermal barrier coatings

Состав и структура фаз, образующихся при термолизе твердых растворов замещения H2Sb2-xVxO6·nH2O

Contact Info

Product

Resources

About

A promising material for thermal barrier coating: Pyrochlore-related compound Sm2FeTaO7

Cited by 61 publications

References 20 publications

On comparison of luminescence properties of La2Zr2O7 and La2Hf2O7 nanoparticles

On comparison of luminescence properties of La2Zr2O7 and La2Hf2O7 nanoparticles

Optimization thermophysical properties of TiO2 alloying Sm3TaO7 ceramics as promising thermal barrier coatings

Состав и структура фаз, образующихся при термолизе твердых растворов замещения H2Sb2-xVxO6·nH2O

Contact Info

Product

Resources

About

On comparison of luminescence properties of La₂Zr₂O₇ and La₂Hf₂O₇ nanoparticles

On comparison of luminescence properties of La₂Zr₂O₇ and La₂Hf₂O₇ nanoparticles

Optimization thermophysical properties of TiO₂ alloying Sm₃TaO₇ ceramics as promising thermal barrier coatings