Абзаев Ю.А.

УДК: 669.24’ 783:539.389.1

АБЗАЕВ ЮРИЙ АФАНАСЬЕВИЧ, докт. физ.-мат. наук, профессор,

abzaev2010@yandex.ru

КОПАНИЦА НАТАЛЬЯ ОЛЕГОВНА, докт. техн. наук, профессор,

kopanitsa@mail.ru

КЛИМЕНОВ ВАСИЛИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ, докт.техн.наук, профессор,

nauka@tsuab.ru

САРКИСОВ ЮРИЙ СЕРГЕЕВИЧ, докт. техн. наук, профессор,

sarkisov@tsuab.ru

ГОРЛЕНКО НИКОЛАЙ ПЕТРОВИЧ, докт.техн. наук, профессор,

gorlen52@mail.ru

ДЕМЬЯНЕНКО ОЛЬГА ВИКТОРОВНА, аспирант,

angel_n@sibmail.com

Томский государственный архитектурно-строительный университет,

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

ЗАВЬЯЛОВ АЛЕКСЕЙ ПАВЛОВИЧ, аспирант,

Zav_Alexey@list.ru

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук,

630090, г. Новосибирск, ул. Институтская, 4/1

МОДЕЛИРОВАНИЕ  СТРУКТУРНОГО  СОСТОЯНИЯ  АМОРФНОГО  ТАРКОСИЛА*

В работе проведено исследование структурного состояния диоксида кремния SiO2 (Таркосил) методами рентгеноструктурного анализа и имитационного моделирования. Установлено, что исследованные нанопорошки диоксида кремния находятся в аморфном состоянии. Проведено моделирование аморфного состояния решеток SiO2 и b-SiO2 в рамках молекулярной динамики. Из первых принципов показано, что полученные домены аморфных фаз SiO2 и b-SiO2 являются стабильными. Количественный фазовый анализ нанопорошков Таркосил на основе метода Ритвельда (с учетом энергии решетки) показал, что диоксид кремния с высокой степенью согласия состоит из смеси SiO2 и b-SiO2. Доминирующей фазой является аморфный SiO2. В результате полнопрофильного уточнения определены структурные параметры фаз: оптимизированные размеры доменов диоксида кремния, а также атомное распределение.

* Исследование выполнено при финансовой поддержке работ по проекту Министерства образования и науки Российской Федерации.

Ключевые слова: метод Ритвельда; параметр решетки; фазовый анализ; аморфное состояние.

Библиографический список

  1. Хинт, И.А. О четвертом компоненте технологии / И.А. Хинт // Научно-информацион­ный сборник СКТБ «Дезинтегратор». – Таллин : Изд-во «Валгус», 1980. – С. 66–72.
  2. Хинт, И.А. Основы производства силикальцитных изделий / И.А. Хинт. – Л. : Госстрой, 1962.
  3. Хинт, И.А. Об основных проблемах механической активации : материалы 5-го симпозиума по механоэмиссии и механохимии твердых тел / И.А. Хинт. – Таллин, 1975. – Т. 1. – С. 12–23.
  4. Hint, J. Uber den Wirkungsgrad der mechanischen Activierung. Einige Ergebnisse der Activierung von Feststoffen mittels grosser mechanischen Energien / J. Hint. – Zeitschrift @Aufbereitungs-Technik. – 1971. – Nr. 2.
  5. Шабанова, Н.А. Золь-гель технологии. Нанодисперсный микрокремнезем / Н.А. Шабанова, П.Д. Саркисов. – М. : ИК «Академкнига». – 2004. – 208 с.
  6. Aerosil. Коллоидный диоксид кремния для фармацевтической промышленности. Технический бюллетень № 1281. Evonik DeguessaGmbH
  7. Майзельс, А. Сравнительная эффективность гидрофильных марок коллоидного диоксида кремния. Aerosil при производстве твердых лекарственных форм / А. Майзельс // Фармацевтика. Технологии и упаковка. – 2009. – № 6. – С. 62–64.
  8. Пат. 2067077 Российская Федерация. Способ получения ультрадисперсной двуокиси кремния, устройство для его осуществления и ультрадисперсная двуокись кремния / В.П. Лукашов, С.П. Бардаханов, Р.А. Салимов, А.И. Корчагин, С.Н. Фадеев, А.В. Лаврухин. – Бюл. № 27, 1996.
  9. Получение нанопорошков испарением исходных веществ на ускорителе электронов при атмосферном давлении / С.П. Бардаханов, А.И. Корчагин, Р.А. Салимов [и др.] // ДАН. – 2006. – Т. 409. – № 3. – С. 320–323.
  10. Исследование электрофизических свойств наноразмерных порошков диоксида кремния, оксида алюминия и никеля / С.П. Бардаханов, А.П. Завьялов, К.В. Зобов, В.И. Лысенко, А.В. Номоев, В.В. Обанин, Д.Ю. Труфанов // Вестник НГУ. Серия: Физика. – 2009. – Т. 4. – Вып. 1. – С. 75–79.
  11. Влияние добавки в электролит наноразмерного диоксида кремния на характеристики оксидных слоев, сформированных микродуговым оксидированием на Al-Si сплаве AK9ПЧ / М.М. Криштал, П.В. Ивашин, И.А. Растегаев, А.В. Полунин, Е.Д. Боргардт // Вектор науки ТГУ. – 2014. – № 1. – С. 48–52.
  12. Номоев, А.В. Сверхмикротвердость керамики на основе нанодисперсных порошков оксида алюминия с добавками нанопорошков оксидов магния и кремния / А.В. Номоев // Письма ЖЭТФ. – 2010. – Т. 36. – Вып. 21. – С. 46–53.
  13. Полнопрофильный рентгеноструктурный анализ клинкерного минерала С4AF / Ю.А. Абзаев, Ю.С. Саркисов, А.А. Клопотов, В.Д. Клопотов, Д.А. Афанасьев // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2012. – № 4. – С. 200–209.
  14. Crystallography Open Database. – Условиядоступа : www.crystallography.net.
  15. Физические основы рентгеноструктурного исследования кристаллических материалов / А.А. Клопотов, Ю.А. Абзаев, А.И. Потекаев, О.Г. Волокитин, В.Д. Клопотов. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2013. – 263 с.
  16. Structural-phase state analyses of mono-aluminate / U.A. Abzaev, U.S. Sarkisov, D.A. Afanas’ev, A.A. Klopotov, N. Gorlenko, V.D. Klopotov // Advanced Materials Research. – V.1013. (2014). – P. 102–107.
  17. Абзаев, Ю.А. Первопринципные расчеты концентрационной зависимости упругих модулей в монокристаллах Ni3(Ge1-х,Alх) / Ю.А. Абзаев, М.Д. Старостенков, А.И. Клопотов // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2014. – Т. 11. – № 1. – С. 56–62.
  18. Rappe, A.K. Application of universal force field to metal complex / A.K. Rappe, K.S. Colwell // Inorg. Chem. – 1993. – V. 32. – P. 3438–3450.

 ______________________________

YURI A. ABZAEV, DSc, Professor,

abzaev@tsuab.ru

NATAL''YA O. KOPANITSA, DSc, Professor,

kopanitsa@mail.ru

VASILII A. KLIMENOV, DSc, Professor,

nauka@tsuab.ru

YURII S. SARKISOV, DSc, Professor,

yu-s-sarkisov@yandex.ru

NIKOLAI P. GORLENKO, DSc, Professor,

gorlen52@mail.ru

OLGA V. DEM'YANENKO, Research Assistant,

angel_n@sibmail.com

Tomsk State University of Architecture and Building,

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia

ALEKSEI P. ZAVYALOV, Research Assistant,

Zav_Alexey@list.ru

Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS,

4/1,Institutskaya Str., 630090, Novosibirsk, Russia

STRUCTURAL  STATE  MODELING  OF  AMORPHOUS  TARKOSIL

The paper presents a study of the structural state of silicon dioxide SiO2 (tarkosil) by the x-ray structural analysis and mathematical simulation. It is stated that Tarkosil nanopowders are in the amorphous state. The amorphous state model is presented for SiO2 and b- SiO2 lattices within the framework of molecular dynamics. It is shown that domains of amorphous phases SiO2 and b- SiO2 are stable. The quantification analysis of tarkosil using the Rietveld method shows that silicon dioxide comprises the mixture of SiO2 and b- SiO2. The dominant phase is amorphous SiO2. The structural parameters of phases are obtained, namely: optimized sizes of silicon dioxide domains and atomic arrangement.

Keywords: lattice parameter; Rietveld method; phase analysis; amorphous state.

References

  1. Hint J. O chetvertom komponente tekhnologii [The fourth component of technology]. Nauchno-informatsionnyi sbornik SKTB ‘Dezintegrator’. Tallin: Valgus. 1980. Pp. 66–72. (rus)
  2. Hint J. Osnovy proizvodstva silikal'tsitnykh izdelii [Basics of silicalcite products]. Leningrad: The Gosstroy USSR, 1962. (rus)
  3. Hint J. Ob osnovnykh problemakh mekhanicheskoi aktivatsii : materialy 5-go simpoziuma po mekhanoemissii i mekhanokhimii tverdykh tel [Basic problems of mechanical activation]. Proc. 5th Symposium on Mechanochemistry and Solids.Tallin. 1975. V.1. Pp. 12–23.(rus)
  4. Hint J. Uberden Wirkungs gradder mechanischen Activierung. Einige Ergebnisse der Activierung von Feststoffenmittels grosser mechanischen Energien. Zeitschrift @ Aufbereitungs-Technik. Nr.2. 1971.
  5. Shabanov N.A., Sarkisov P.D. Zol'-gel' tekhnologii. Nanodispersnyi mikrokremnezem [Sol-gel technologies]. Nanodispersnyy mikrokremnezem. Moscow : Akademkniga. 2004.208 p. (rus)
  6. Aerosil. Kolloidnyi dioksid kremniya dlya farmatsevticheskoi promyshlennosti. Tekhnicheskii byulleten' [The colloidal silica in the pharmaceutical industry. Technical Bulletin N 1281]. Evonik Deguessa GmbH.
  7. Mayzels A. Sravnitel'naya effektivnost' gidrofil'nykh marok kolloidnogo dioksida kremniya. Aerosil pri proizvodstve tverdykh lekarstvennykh form [Comparative efficacy of hydrophilic colloidal silica grades of cream. Aerosil the manufacture of solid dosage forms]. Farmatsevtika. Tekhnologii i upakovka. 2009. No. 6.Pp. 62–64. (rus)
  8. Lukashov V.P., Bardakhanov S.P., Salimov R.A., Korchagin A.I., Fadeev S.N., Lavrukhin A.V. Pat. Rus. Fed. N 2067077. Sposob polucheniya ul'tradispersnoi dvuokisi kremniya, ustroistvo dlya ego osushchestvleniya i ul'tradispersnaya dvuokis' kremniya [A method for producing ultrafine silica device for its implementation]. Bull. N 27, 1996 (rus)
  9. Bardahanov S.P., Korchagin A.I., Salimov R.A. Poluchenie nanoporoshkov ispareniem iskhodnykh veshchestv na uskoritele elektronov pri atmosfernom davlenii [Production of nanopowders by evaporation of starting materials for electron accelerator at atmospheric pressure]. Proc. RAS, 2006. V. 409. No. 3. Pp. 320–323. (rus)
  10. Bardahanov S.P., Zavyalov A.P., Zobov K.V., Lysenko V.I., Nomoev A.V., Obanin V.V., Trufanov D.Yu. The study electrical properties of nanoscale powders of silicon dioxide, alumina and nickel. Bulletin of the NSU. Series: Physics. 2009. V. 4. No. 1. P.75–79.
  11. Krishtal M.M., Ivashin P.V., Rastegaev I.A., Polunin A.V., Borgardt E.D. Vliyanie dobavki v elektrolit nanorazmernogo dioksida kremniya na kharakteristiki oksidnykh sloev, sformirovannykh mikrodugovym oksidirovaniem na Al-Si splave AK9PCh [Effect of additives in electrolyte of nanosized silicon dioxide on oxide layers properties formed by oxidation on microarc Al-Si AK9PCH alloy]. Vektor nauki TGU. 2014. No.1. Pp.48–52. (rus)
  12. Nomoev A.V. Sverkhmikrotverdost' keramiki na osnove nanodispersnykh poroshkov oksida alyuminiya s dobavkami nanoporoshkov oksidov magniya i kremniya [Microhardness of ceramics based on aluminum oxide nanopowders with magnesium oxide and silicon additives]. JEPT Letters. 2010. V. 36. No.21. P.46–53. (rus)
  13. Abzaev Yu.A., Yu.S. Sarkisov, Klopotov A.A., Klopotov V.D. Afanasiev D. Polnoprofil'nyi rentgenostrukturnyi analiz klinkernogo minerala S4AF [Rietveldmethod for clinker mineral S4AF]. Vestnik TSUAB. No. 4. 2012. Pp. 200–209. (rus)
  14. Crystallography Open Database. Available at : www.crystallography.net
  15. Klopotov A.A., Abzaev Yu.A., Potekaev A.I., Volokitin O.G., Klopotov V.D. Fizicheskie osnovy rentgenostrukturnogo issledovaniya kristallicheskikh materialov [Physical basis of X-ray diffraction analysis of crystalline materials]. Tomsk: TSUAB Publ., 2013. 263 p. (rus)
  16. Abzaev Yu.A., Sarkisov Yu.S., Afanas'ev D.A., Klopotov A.A., Gorlenko N., Klopotov V.D. Structural-phase state analyses of mono-aluminate. Advanced Materials Research. 2014. V. 1013. Pp. 102–107.
  17. Abzaev Yu.A., Starostenkov M.D., Klopotov A.I. Pervoprintsipnye raschety kontsentratsionnoi zavisimosti uprugikh modulei v monokristallakh Ni3(Ge1-kh,Alkh) [Computations of concentration dependence of elastic moduli in single crystal Ni3 (Ge1-x, Alh)]. Basic Problems of Material Science.2014. V. 11. No. 1. Pp.56–62. (rus)
  18. Rappe A.K., Colwell K.S. Application of universal force field to metal complex. Inorg. Chem. 1993. V.32. Pp.3438–3450.

Статья | (972 Кб)