Збірник наукових праць Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Рік 2026 Том 24, Випуск 1
Завантажити повну версію статті (PDF, Англійською / In English) Open Access

E. I. GET'MAN1, O. Yu. MARIICHAK1, L. I. ARDANOVA2, and S. V. RADIO1

1Vasyl' Stus Donetsk National University, 21, 600-Richchia Str., UA-21021 Vinnytsia, Ukraine
2Minnesota State University, 228, Wiecking Center, 56001 Mankato, Minnesota, USA

Prediction of the Thermodynamic Stability and Limits of Isomorphous Substitutions in Solid Solutions Y1-xLnxPO4, Where Ln = Gd–Lu, Sc

123–139 (2026)

PACS numbers: 64.75. Ef, 64.75.Jk, 64.75.Nx, 81.30.Dz, 81.30.Mh, 82.33.Pt, 82.60.L

Надійшла 11 серпня 2025 р.; після доопрацювання 18 серпня 2025 р.

З використанням кристалоенергетичної теорії ізоморфної змішуваности В. С. Урусова розраховано енергії змішання (параметри взаємодії), критичні температури розпаду (стабільности), границі ізоморфних заміщень, а також визначено області термодинамічної стабільности твердих розчинів ортофосфатів зі структурою циркону складу Y1-xLnxPO4, де Ln - лантаноїди або Sc. Охарактеризовано внески в енергію змішання, зумовлені відмінностями у розмірах заміщуваних структурних одиниць, а також у характері хемічного зв'язку компонентів систем. Подано діяграму термодинамічної стабільности твердих розчинів і куполи їхнього розпаду, що дає змогу графічно прогнозувати температури розпаду твердих розчинів за заданими границями заміщення або рівноважні границі заміщення за заданої температури та області термодинамічної стабільности. Результати роботи не суперечать експериментальним літературним даним і можуть бути корисними під час пошуку складів змішаних матриць та активаторів нових люмінесцентних, лазерних та інших матеріялів на основі твердих розчинів Y1-xLnxPO4 (Ln=Gd-Lu, Sc), у тому числі й наноматеріялів.

КЛЮЧОВІ СЛОВА: тверді розчини, лантаноїди, Ітрій, Скандій, ортофосфати, ізоморфні заміщення, енергія змішання, термодинамічна стабільність, границі заміщень

Цитування:
E. I. Get'man, O. Yu. Mariichak, L. I. Ardanova, and S. V. Radio, Prediction of the Thermodynamic Stability and Limits of Isomorphous Substitutions in Solid Solutions Y1-xLnxPO4, Where Ln = Gd–Lu, Sc, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 24, No. 1: 123–139 (2026); https://doi.org/10.15407/nnn.24.01.0123

Фінансування / Подяка:
Це дослідження було виконано за підтримки Міністерства освіти і науки України в рамках пріоритетних напрямів наукового розвитку акредитованого наукового напряму «Природничі та математичні науки» Донецького національного університету імені Василя Стуса.

ЛІТЕРАТУРА
  1. V. S. Levushkina, D. A. Spassky, E. M. Aleksanyan, M. G. Brik, M. S. Tretyakova, B. I. Zadneprovski, and A. N. Belsky, J. Lumin., 171: 33 (2016); https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2015.10.074
  2. A. V. Osipov, L. P. Mezentseva, I. A. Drozdova, S. K. Kuchaeva, V. L. Ugolkov, and V. V. Gusarov, Glass Phys. Chem., 33, No. 2: 169 (2007); https://doi.org/10.1134/S1087659607020125
  3. V. S. Voznyak-Levushkina, A. A. Arapova, D. A. Spassky, I. V. Nikiforov, and B. I. Zadneprovski, Phys. Solid State, 64, No. 11: 567 (2022); https://doi.org/10.1134/S1063783422110130
  4. Yu. V. Orlovskii, A. S. Vanetsev, I. D. Romanishkin, A. V. Ryabova, K. K. Pukhov, A. E. Baranchikov, E. V. Samsonova, K. Keevend, I. Sildos, and V. B. Loschenov, Opt. Mater. Express, 5, No. 5: 1230 (2015); https://doi.org/10.1364/OME.5.001230
  5. D. Spassky, A. Vasil'ev, V. Nagirnyi, I. Kudryavtseva, D. Deyneko, I. Nikiforov, I. Kondratyev, and B. Zadneprovski, Materials, 15, No. 19: 6844 (2022); https://doi.org/10.3390/ma15196844
  6. A. G. Hernández, D. Boyer, A. Potdevin, G. Chadeyron, A. G. Murillo, F. de J. C. Romo, and R. Mahiou, Opt. Mater., 73: 350 (2017); https://doi.org/10.1016/j.optmat.2017.0
  7. R. D. Shannon, Acta Crystallogr. Sect. A, A32, No. 5: 751 (1976); https://doi.org/10.1107/S0567739476001551
  8. S. A. Khrushchalina, P. A. Ryabochkina, V. M. Kyashkin, A. S. Vanetsev, O. M. Gaitko, and N. Yu. Tabachkova, JETP Lett., 103, No. 5: 302 (2016); https://doi.org/10.1134/S0021364016050064
  9. O. Ya. Manashirov, A. N. Georgobiani, V. B. Gutan, E. M. Zvereva, and A. N. Lobanov, Inorg. Mater., 47, No. 12: 1384 (2011); https://doi.org/10.1134/S0020168511110124
  10. H. Thakur, A. K. Gathania, S. Kachhap, S. K. Singh, and R. K. Singh, J. Lumin., 254, Pt. A: 119513 (2023); https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2022.119513
  11. D. Spassky, V. Voznyak-Levushkina, A. Arapova, B. Zadneprovski, K. Chernenko, and V. Nagirnyi, Symmetry, 12, No. 6: 946 (2020); https://doi.org/10.3390/sym12060946
  12. R. Faoro, F. Moglia, M. Tonelli, and E. Cavalli, Physics Proc., 2, No. 2: 345 (2009); https://doi.org/10.1016/j.phpro.2009.07.018
  13. G. Wang, L. Gao, H. Zhu, and W. Zhou, Front. Mater. Sci., 10, No. 2: 197 (2016); https://doi.org/10.1007/s11706-016-0340-1
  14. V. S. Urusov, Teoriya Izomorfnoi Smesimosti [The Theory of Isomorphous Miscibility] (Moskva: Nauka: 1977) (in Russian).
  15. V. S. Urusov, Fortschr. Mineral., 52: 141 (1975).
  16. V. S. Urusov, Bulletin de la Société Française de Minéralogie et de Cristallographie, 97: 217 (1974); https://www.persee.fr/doc/bulmi_0037-9328_1974_act_97_2_6883
  17. V. S. Levushkina, Lyuminestsentnyye i Strukturnyye Svoistva Smeshannykh Kristallofosforov na Osnove Slozhnykh Oksidov [Luminescent and Structural Properties of Mixed Crystal Phosphors Based on Complex Oxides] (Disser. for Degree Cand. Phys.-Math. Sci.) (Moskva: MSU: 2016) (in Russian); https://istina.ipmnet.ru/download/28937563/luiTpO:H-EY-8zVYEzmDTCZfEKgNk8tBXdEO5Evd9jhyf8iFhs/
  18. E. I. Get'man, S. V. Radio, and L. I. Ardanova, Inorg. Mater., 54, No. 6: 596 (2018); https://doi.org/10.1134/S0020168518060031
  19. C. P. Poole Jr. and F. J. Owens, Introduction to Nanotechnology (John Wiley&Sons: 2003).
  20. A. I. Grabchenko, L. I. Pupanj, L. L. Tovazhnyansky, Vvedenie v Nanotekhnologii: Tekst Lektsiy [Introduction to Nanotechnology: Lecture Notes] (Kharkiv: National Technical University «KhPI»: 2012) (in Russian).
  21. R. Becker, Z. Metallkunde, 29: 245 (1937) (in German).
  22. D. H. Templeton, J. Chem. Phys., 21, No. 11: 2097 (1953); https://doi.org/10.1063/1.1698788
  23. E. I. Get'man, Izomorfnyye Zameshcheniya v Vol'framatnykh i Molibdatnykh Sistemakh [Isomorphic Substitutions in Tungstate and Molybdate Systems] (Novosibirsk: Nauka: 1985) (in Russian).
  24. K. Li and D. Xue, J. Phys. Chem. A, 110, No. 39: 11332 (2006); https://doi.org/10.1021/jp062886k
  25. S. S. Batsanov, Strukturnaya Khimiya. Fakty i Zavisimosti [Structural Chemistry. Facts and Dependences] (Moskva: Dialog-MGU: 2000) (in Russian).
  26. E. I. Get'man and S. V. Radio, Inorg. Mater., 53, No. 7: 718 (2017); https://doi.org/10.1134/S0020168517070044
  27. E. I. Get'man, S. V. Radio, L. B. Ignatova, and L. I. Ardanova, Russ. J. Inorg. Chem., 64, No. 1: 118 (2019); https://doi.org/10.1134/S0036023619010091
  28. L. A. Boatner, Rev. Mineral. Geochem., 48, No. 1: 87 (2002); https://doi.org/10.2138/rmg.2002.48.4
  29. R. Calderyn-Villajos, C. Zaldo, and C. Cascales, Physics Proc., 8: 109 (2010); https://doi.org/10.1016/j.phpro.2010.10.020
  30. K. Lenczewska, M. Ptak, V. Boiko, K. Ledwa, and D. Hreniak, J. Alloys Compd., 860: 158393 (2021); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.158393
  31. O. Savchuk, J. J. C. Marti, C. Cascales, P. Haro-Gonzalez, F. Sanz-Rodríguez, M. Aguilo, and F. Diaz, Nanomaterials, 10, No. 5: 993 (2020); https://doi.org/10.3390/nano10050993