Aspects of lithium tri- and tetraborate synthesis in the subsolidus region

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

The present work is focused at studying the transformation patterns for the crystalline structure of phases formed during the synthesis of polycrystalline lithium tri- and tetraborate. In the field of lithium triborate (LiB3O5) and tetraborate (Li2B4O7) of the Li2O – B2O3 system, LiB3O5 and Li2B4O7 polycrystalline powders were synthesised. In terms of precursors, lithium carbonate (Li2CO3) and boric acid (H3BO3) were selected. Two synthesis methods were tested including precipitation from solution and solid-phase synthesis. As a result, the direct sintering of a mechanically-grinded stoichiometric precursor mixture is shown to be the optimal method for crystallising LiB3O5 and Li2B4O7. The crystallisation patterns of lithium borates were studied in a temperature range of 500-850 °C with sampling carried out every 50 °C. Individual phase portraits were established presenting a set of process character-istics depending on the level of substance particle organisation and subsolidus crystallisation from the initial reagent mixture of lithium tri- and tetraborate at the phase, local and structural levels. In a lithium triborate stoichiometric mixture, the maximum conversion of crystalline phases is observed in the region of 500–600 °C, while, for lithium tetraborate, the temperature maximum is in the range of 600–700 °C. The sequence of phase transformations re-mains almost unchanged and occurs according to the following scheme: starting reagents > intermediate metastable phases > final borates. The local level of phase portraits characterises the interaction of coordination polyhedra forming the crystal lattice of the studied phases. Solid-phase synthesis of crystalline LiB3O5 from the Li2CO3 and H3BO3 takes place as a result of (BO3)3- → (B3O7)5- transition with the (BO3)3- → (B4O9)6- scheme realised in obtaining Li2B4O7. At the crystal structure level, such transitions correspond to transformations of the monoclinic lattice of the Li2CO3 and H3BO3 primary phases into the LiB3O5 and Li2B4O7 rhombic and tetragonal structure, respectively. In this case, an intermediate step of this transformation consists in formation of the LiBO2 trigonal chain metaborate and metastable Li2B8O13.

Авторлар туралы

S. Mamontova

A.P. Vinogradov Institute of Geochemistry SB RAS

Email: svelta@igc.irk.ru

A. Dergin

A.P. Vinogradov Institute of Geochemistry SB RAS

Email: dergin@igc.irk.ru

A. Nepomnyashchikh

A.P. Vinogradov Institute of Geochemistry SB RAS

Email: ainep@igc.irk.ru

E. Kaneva

A.P. Vinogradov Institute of Geochemistry SB RAS

Email: kaneva@igc.irk.ru

Әдебиет тізімі

  1. Anjaiah J., Laxmikanth C., Veeraiah N., Kristaiah P. Luminescence properties of Pr3+ doped Li2O– MO–B2O3 glasses // Journal of Luminescence. 2015. Vol. 161. P. 147–153. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2015.01.007
  2. Pawar P.P., Munishwar S.R., Gedam R.S. Intense white light luminescent Dy3+ doped lithium borate glasses for W-LED: A correlation between physical, thermal, structural and optical properties // Solid State Sciences. 2017. Vol. 64. P. 41–50. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2016.12.009
  3. Laorodphan N., Kidkhunthod P., Khajonrit J., Montreeuppathum A., Chanlek N., Pinitsoontorn S., et al. Effect of B2O3 content on structure-function of vanadium‑lithium-borate glasses probed by synchrotron-based XAS and vibrating sample magnetrometry technique // Journal of Non-Crystalline Solids. 2018. Vol. 497. P. 56–62. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2018.04.045
  4. Saidu A., Wagiran H., Saeed M.A., Obayes H.K., Bala A., Usman F. Thermoluminescence response of rare earth activated zinc lithium borate glass // Radiation Physics and Chemistry. 2018. Vol. 144. P. 413–418. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2017.10.004
  5. Neumair S.C., Vanicek S., Wurst K., Huppertz H., Kaindl R., Többens D.M. High-pressure synthesis and crystal structure of the lithium borate HP-LiB3O5 // Journal of Solid State Chemistry. 2011. Vol. 184. Issue 9. P. 2490–2497. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2011.07.011
  6. Sanyal B., Goswami M., Shobha S., Prakasan V., Chawla S.P., Krishnan M., et al. Synthesis and characterization of Dy3+ doped lithium borate glass for thermoluminescence dosimetry // Journal of Non-Crystalline Solids. 2017. Vol. 475. P. 184– 189. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2017.09.016
  7. Ramteke D.D., Ganvira V.Y., Munishwar S.R., Gedam R.S. Concentration Effect of Sm3+ Ions on Structural and Luminescence Properties of Lithium Borate Glasses // Physics Procedia. 2015. Vol. 76. P. 25–30. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.10.005
  8. Kindrat I.I., Padlyak B.V., Drzewiecki A. Luminescence properties of the Sm-doped borate glasses // Journal of Luminescence. 2015. Vol. 166. P. 264–275. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2015.05.051
  9. Mhareb M.H.A., Hashim S., Ghoshal S.K., Alajerami Y.S.M., Bqoor M.J., Hamdan A.I., et al. Effect of Dy2O3 impurities on the physical, optical and thermoluminescence properties of lithium borate glass // Journal of Luminescence. 2016. Vol. 177. P. 366–372. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2016.05.002
  10. Danilyuk P.S., Volovich P.N., Rizak V.M., Puga P.P., Gomonai A.I., Krasilinets V.N. X-ray luminescence and spectroscopic characteristics of Er3+ ions in a glassy lithium tetraborate matrix // Optics and Spectroscopy. 2015. Vol. 118. Issue 6. P. 924–929. https://doi.org/10.1134/S0030400X15060089
  11. Rimbach A.C., Steudel F., Ahrens B., Schweizer S. Tb3+, Eu3+, and Dy3+ doped lithium borate and lithium aluminoborate glass: Glass properties and photoluminescence quantum efficiency // Journal of Non-Crystalline Solids. 2018. Vol. 499. P. 380–386. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2018.07.029
  12. Bødker M.S., Mauro J.C., Youngman R.E., Smedskjaer M.M. Statistical mechanical modeling of borate glass structure and topology: prediction of superstructural units and glass transition temperature // Journal of physical chemistry b: biophysical chemistry, biomaterials, liquids, and soft matter. 2019. Vol. 123. Issue 5. P. 1206–1213. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.8b11926
  13. Rollet A.P., Bouaziz R. The binary system: lithium oxide-boric anhydride // Comptes Rendus de l'Académie des Sciences. 1955. Vol. 240. Issue 25. P. 2417–2419.
  14. Sastry B.S.R., Hummel F.A. Studies in Lithium Oxide Systems: I, Li2O-B2O3 // Journal of the American Ceramic Society. 1958. Vol. 41. Issue 1. P. 7–17. https://doi.org/10.1111/j.11512916.1958.tb13496.x
  15. Мешалкин А.Б. Исследование фазовых равновесий и оценка термодинамических свойств расплавов в бинарных боратных системах // Теплофизика и аэромеханика. 2005. Т 12. N 4. С. 669–684.
  16. Воронько Ю.К., Соболь А.А., Шукшин В.Е. Исследование фазовых превращений в LiB3O5 и Li2B4O7 при нагревании и плавлении методом спектроскопии комбинационного рассеяния света // Неорганические материалы. 2013. Т. 49. N 9. С. 991–997. https://doi.org/10.7868/S0002337X13090200
  17. Bazarova Zh.G., Nepomnyashchikh A.I., Kozlov A.A., Bogdan-Kurilo V.D., Bazarov B.G., Subanakov A.K., et al. Phase Equilibria in the Sys-tem Li2O–MgO–B2O3 // Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2007. Vol. 52. Issue 12. P. 1971–1973. https://doi.org/10.1134/S003602360712025X
  18. Depci T., Özbayoğlu G., Yilmaz A. The effect of different starting materials on the synthesis of lithium triborate // Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2007. Vol. 41. P. 101–105.
  19. Mikhailov M.A., Mamontova S.G., Zelentcov S.Z., Demina T.V., Belozerova O.Yu., Bogdanova L.A. On the Coexistence of Chemically Similar Stable and Metastable Phases in the BeO–MgO–Al2O3– SiO2 System // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2018. Vol. 12. Issue 4. P. 756–760. https://doi.org/10.1134/S1027451018040328
  20. Gorelik V.S., Vdovin A.V., Moiseenko V.N. Raman and hyperrayleigh scattering in lithium tetraborate crystals // Journal of Russian Laser Research. 2003. Vol. 24. Number 6. P. 553–605. https://doi.org/10.1023/B:JORR.0000004168.99752.0e

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».