zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2024-90-5-12-19zldm-2192Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISРентгенофлуоресцентный анализ керамики на основе параниобатов состава Y3–xYbxNbO7X-Ray fluorescence analysis of paraniobate based ceramics of composition Y3–xYbxNbO7АрхипенкоА. А.ArkhipenkoA. A.

Александра Александровна Архипенко

119991, Москва, Ленинский просп., д. 31, стр. 1 

Alexandra A. Arkhipenko

31 bld. 1, Leninsky prosp., Moscow, 119991

alexandra622@mail.ruМарьинаГ. Е.MarinaG. E.

Галина Евгеньевна Марьина

119991, Москва, Ленинский просп., д. 31, стр. 1 

119049, Москва, Ленинский просп., д. 4.

Galina E. Marina

31 bld. 1, Leninsky prosp., Moscow, 119991

4, Leninskiy prosp., Moscow, 119049

БарановскаяВ. Б.BaranovskaiaV. B.

Василиса Борисовна Барановская

119991, Москва, Ленинский просп., д. 31, стр. 1 

119049, Москва, Ленинский просп., д. 4.

Vasilisa B. Baranovskaia

31 bld. 1, Leninsky prosp., Moscow, 119991

4, Leninskiy prosp., Moscow, 119049

 

РюминМ. А.RyuminM. A.

Михаил Александрович Рюмин

119991, Москва, Ленинский просп., д. 31, стр. 1

 Mikhail A. Ryumin

31 bld. 1, Leninsky prosp., Moscow, 119991

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова Российской Академии НаукРоссияKurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences (IGIC RAS)Russian FederationИнститут общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова Российской Академии Наук; Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»РоссияKurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences (IGIC RAS); National University of Science and Technology «MISIS»Russian Federation2024220520249051219Copyright © Архипенко А.А., Марьина Г.Е., Барановская В.Б., Рюмин М.А., 20242024Архипенко А.А., Марьина Г.Е., Барановская В.Б., Рюмин М.А.Arkhipenko A.A., Marina G.E., Baranovskaia V.B., Ryumin M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2192

Разработана двухстадийная методика рентгенофлуоресцентного анализа высокоэнтропийных параниобатов РЗЭ состава Y3–xYbxNbO7 (где x = 0 – 3), используемых в качестве термобарьерных покрытий. На первом этапе с использованием метода фундаментальных параметров (МФП) проводили экспрессный полуколичественный анализ образцов керамики и промежуточных продуктов синтеза с установлением их предварительного состава. На втором этапе по построенным градуировочным зависимостям определяли количественный состав проб. Для построения градуировочных зависимостей аналогичным получению исследуемых керамических образцов способом синтезировали серию образцов сравнения, содержащих 3,16 – 56,55 % Y, 8,78 – 71,0 % Yb и 12,83 – 19,70 % Nb. Выбраны аналитические линии элементов, свободные от спектральных наложений, и условия проведения РФА (ток и напряжение рентгеновской трубки, время экспозиции, способ учета фона вблизи аналитических линий). Относительное стандартное отклонение результатов определения Y, Yb и Nb в образцах керамики не превышало 0,66 %, относительная погрешность составляла не более 1,63 %. Полученные результаты сравнивали с расчетными содержаниями аналитов в пробах стехиометрического состава и с результатами анализа реальных образцов керамики методом ИСП-АЭС. Разработанная методика позволяет определять основные компоненты в образцах керамики и может быть использована в целях аналитического контроля процесса синтеза параниобатов РЗЭ.

A two-stage technique for X-ray fluorescence analysis of ceramic samples of composition Y3–xYbxNbO7 (where x = 0 – 3) has been developed. At the first stage, using the method of fundamental parameters (FPM), a rapid semi-quantitative analysis of ceramic samples and products of intermediate synthesis was carried out to determine their preliminary composition. At the second stage, the quantitative composition of the samples was determined using the constructed calibration dependencies. To construct calibration dependencies a series of reference samples containing 3.16 – 56.55% Y, 8.78 – 71.0% Yb, and 12.83 – 19.70% Nb was synthesized using a method similar to that used for preparation of the ceramic samples under study. Analytical lines of elements free from spectral overlaps and XRF conditions (current and voltage of an X-ray tube, exposure time, method of taking into account the background near the analytical line) were selected. The relative standard deviation of the results of Y, Yb, and Nb determination in ceramic samples did not exceed 0.66%, the relative error was no more than 1.63%. The results obtained were compared with the calculated content of analytes in the samples of stoichiometric composition and with the results of ICP-AES analysis of real ceramic samples. The developed technique provides determination of the main components of ceramic samples and can be used for analytical control of synthesis of rare earth paraniobates.

керамические материалырентгенофлуоресцентный анализпараниобаты редкоземельных элементовceramic materialsX-ray fluorescence analysisparaniobates of rare earth elementsИсследования выполнены за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-13-00180-П) с использованием оборудования ЦКП ФМИ ИОНХ РАНReferencesOses C., Toher C., Curtarolo S. High-entropy ceramics / Nat. Rev. Mater. 2020. Vol. 5. P. 295 – 309. DOI: 10.1038/s41578-019-0170-8Oses C., Toher C., Curtarolo S. High-entropy ceramics / Nat. Rev. Mater. 2020. Vol. 5. P. 295 – 309. DOI: 10.1038/s41578-019-0170-8Wright A. J., Wang Q., Huang C., et al. From high-entropy ceramics to compositionally-complex ceramics: A case study of fluorite oxides / J. Eur. Ceram. Soc. 2020. Vol. 40. P. 2120 – 2129. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.01.015Wright A. J., Wang Q., Huang C., et al. From high-entropy ceramics to compositionally-complex ceramics: A case study of fluorite oxides / J. Eur. Ceram. Soc. 2020. Vol. 40. P. 2120 – 2129. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.01.015Chen L., Wang Y., Hu M., et al. Achieved limit thermal conductivity and enhancements of mechanical properties in fluorite RE3NbO7 via entropy engineering / Appl. Phys. Lett. 2021. Vol. 118. N 7.071905. DOI: 10.1063/5.0037373Chen L., Wang Y., Hu M., et al. Achieved limit thermal conductivity and enhancements of mechanical properties in fluorite RE3NbO7 via entropy engineering / Appl. Phys. Lett. 2021. Vol. 118. N 7.071905. DOI: 10.1063/5.0037373Zhao Z., Chen H., Xiang H., et al. High entropy defective fluorite structured rare-earth niobates and tantalates for thermal barrier applications / J. Adv. Ceram. 2020. Vol. 9. P. 303 – 311. DOI: 10.1007/s40145-020-0368-7Zhao Z., Chen H., Xiang H., et al. High entropy defective fluorite structured rare-earth niobates and tantalates for thermal barrier applications / J. Adv. Ceram. 2020. Vol. 9. P. 303 – 311. DOI: 10.1007/s40145-020-0368-7Chen L., Wang Y., Zheng Q., Feng J. Structures, and Thermophysical Properties Characterizations of (La1–xHox)3NbO7 Solid Solutions as Thermal Barrier Coatings / Front. Mater. 2021. Vol. 8. 703098. DOI: 10.3389/fmats.2021.703098Chen L., Wang Y., Zheng Q., Feng J. Structures, and Thermophysical Properties Characterizations of (La1–xHox)3NbO7 Solid Solutions as Thermal Barrier Coatings / Front. Mater. 2021. Vol. 8. 703098. DOI: 10.3389/fmats.2021.703098Chen L., Wu P., Song P., Feng J. Potential thermal barrier coating materials: RE3NbO7 (RE = La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy) ceramics / J. Am. Ceram. Soc. 2018. Vol. 101. P. 4503 – 4508. DOI: 10.1111/jace.115798Chen L., Wu P., Song P., Feng J. Potential thermal barrier coating materials: RE3NbO7 (RE = La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy) ceramics / J. Am. Ceram. Soc. 2018. Vol. 101. P. 4503 – 4508. DOI: 10.1111/jace.115798Кульметьева В. Б., Вохмянин Д. С. Влияние концентрата редкоземельных элементов на стабилизацию высокотемпературных фаз и свойства керамики на основе ZrO2 – 7Y2O3 / Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2019. Т. 1. С. 42 – 51. DOI: 10.17073/1997-308X-2019-1-42-51Kul’met’eva V. B., Vokhmyanin D. S. nfluence of the concentrate of rare-earth elements on the stabilization of high-temperature phases and properties of ceramics based on ZrO2 – 7Y2O3 / Izv. Vuzov. Porosh. Met. Funkts. Pokryt. 2019. Vol. 1. P. 42 – 51 [in Russian]. DOI: 10.17073/1997-308X-2019-1-42-51Marques A. P. A. de, Künzel R., Umisedo N. K., et al. Tm3+ doped barium molybdate: A potential long-lasting blue phosphor / J. Alloys Comp. 2018. Vol. 735. P. 707 – 717. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.10.225Marques A. P. A. de, Künzel R., Umisedo N. K., et al. Tm3+ doped barium molybdate: A potential long-lasting blue phosphor / J. Alloys Comp. 2018. Vol. 735. P. 707 – 717. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.10.225Li B., Huang X., Guo H., Zeng Y. Energy transfer and tunable photoluminescence of LaBWO6: Tb3+, Eu3+ phosphors for near-UV white LEDs / Dyes Pigm. 2017. Vol. 150. P. 67 – 72. DOI: 10.1016/j.dyepig.2017.11.003Li B., Huang X., Guo H., Zeng Y. Energy transfer and tunable photoluminescence of LaBWO6: Tb3+, Eu3+ phosphors for near-UV white LEDs / Dyes Pigm. 2017. Vol. 150. P. 67 – 72. DOI: 10.1016/j.dyepig.2017.11.003Yadav R., Singh S. K., Verma R. K., Rai S. B. Observation of multi-mode: Upconversion, downshifting and quantum-cutting emission in Tm3+/Yb3+ co-doped Y2O3 phosphor / Chem. Phys. Lett. 2014. Vol. 599. P. 122 – 126. DOI: 10.1016/j.cplett.2014.03.025Yadav R., Singh S. K., Verma R. K., Rai S. B. Observation of multi-mode: Upconversion, downshifting and quantum-cutting emission in Tm3+/Yb3+ co-doped Y2O3 phosphor / Chem. Phys. Lett. 2014. Vol. 599. P. 122 – 126. DOI: 10.1016/j.cplett.2014.03.025Yang Z., Zhu J., Yan D., et al. Preparation and upconversion emission properties of Yb, Er co-doped Y2Ti2O7 upconversion inverse opal / Opt. Mater. 2012. Vol. 34. P. 1771 – 1775. DOI: 10.1016/j.optmat.2012.04.017Yang Z., Zhu J., Yan D., et al. Preparation and upconversion emission properties of Yb, Er co-doped Y2Ti2O7 upconversion inverse opal / Opt. Mater. 2012. Vol. 34. P. 1771 – 1775. DOI: 10.1016/j.optmat.2012.04.017Liao J., Nie L., Liu S., et al. Yb3+ concentration dependence of upconversion luminescence in Y2Sn2O7: Yb3+/Er3+ nanophosphors / Journal of Materials Science. 2014. Vol. 49. P. 6081 – 6086. DOI: 10.1007/s10853-014-8334-9Liao J., Nie L., Liu S., et al. Yb3+ concentration dependence of upconversion luminescence in Y2Sn2O7: Yb3+/Er3+ nanophosphors / Journal of Materials Science. 2014. Vol. 49. P. 6081 – 6086. DOI: 10.1007/s10853-014-8334-9Chen L., B. Li B., Guo J., et al. High-entropy perovskite RETa3O9 ceramics for high-temperature environmental/thermal barrier coatings / J. Adv. Ceram. 2022. Vol. 11. P. 556 – 569. DOI: 10.1007/s40145-021-0556-0Chen L., B. Li B., Guo J., et al. High-entropy perovskite RETa3O9 ceramics for high-temperature environmental/thermal barrier coatings / J. Adv. Ceram. 2022. Vol. 11. P. 556 – 569. DOI: 10.1007/s40145-021-0556-0Ebeoglugil Faruk M. Processing and characterization of Tb2O3-ZrO2 insulation coatings by sol-gel technique for high temperature applications / J. Aust. Ceram. Soc. 2017. Vol. 53. P. 129 – 141. DOI: 10.1007/s41779-016-0017-3Ebeoglugil Faruk M. Processing and characterization of Tb2O3-ZrO2 insulation coatings by sol-gel technique for high temperature applications / J. Aust. Ceram. Soc. 2017. Vol. 53. P. 129 – 141. DOI: 10.1007/s41779-016-0017-3Mauer G., Sebold D., Vaßen R., Stöver D. Improving Atmospheric Plasma Spraying of Zirconate Thermal Barrier Coatings Based on Particle Diagnostics / J. Therm. Spray Technol. 2012. Vol. 21. P. 363 – 371. DOI: 10.1007/s11666-011-9706-1Mauer G., Sebold D., Vaßen R., Stöver D. Improving Atmospheric Plasma Spraying of Zirconate Thermal Barrier Coatings Based on Particle Diagnostics / J. Therm. Spray Technol. 2012. Vol. 21. P. 363 – 371. DOI: 10.1007/s11666-011-9706-1Sun G., Wang W., Sun X. Microstructure and thermal properties of high-entropy RE3MO7-type ceramics with multiple cations at RE and M sites / Ceram. Int. 2022. Vol. 48. N 6. P. 8589 – 8595. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.12.069Sun G., Wang W., Sun X. Microstructure and thermal properties of high-entropy RE3MO7-type ceramics with multiple cations at RE and M sites / Ceram. Int. 2022. Vol. 48. N 6. P. 8589 – 8595. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.12.069Haoming Z., Yan F., Xiaoge C., et al. Thermal properties of La3TaO7 and La2AlTaO7 oxides / Ceram. Int. 2017. Vol. 43. N 1. P. 755 – 759. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.10.00Haoming Z., Yan F., Xiaoge C., et al. Thermal properties of La3TaO7 and La2AlTaO7 oxides / Ceram. Int. 2017. Vol. 43. N 1. P. 755 – 759. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.10.00Sarkar A., Loho C., Velasco L., et al. Multicomponent equiatomic rare earth oxides with a narrow band gap and associated praseodymium multivalency / Dalton Trans. 2017. Vol. 46. P. 12167 – 12176. DOI: 10.1039/C7DT02077ESarkar A., Loho C., Velasco L., et al. Multicomponent equiatomic rare earth oxides with a narrow band gap and associated praseodymium multivalency / Dalton Trans. 2017. Vol. 46. P. 12167 – 12176. DOI: 10.1039/C7DT02077EМазилин И. В., Балдаев Л. Х., Дробот Д. В. и др. Термические и теплофизические свойства теплозащитных покрытий на основе цирконата лантана / Перспективные материалы. 2013. № 7. С. 21 – 30.Mazilin I. V., Baldaev L. H., Drobot D. V., et al. Thermal and thermophysical properties of heat-protective coatings based on lanthanum zirconate / Persp. Mater. 2013. N 7. P. 21 – 30 [in Russian].Tang X.-D., Ye H.-Q., Liu H., et al. A novel visible-light-driven photocatalyst Sm2InNbO7 for H2 or O2 evolution / Chem. Phys. Lett. 2009. Vol. 484. N 1 – 3. P. 48 – 53. DOI: 10.1016/j.cplett.2009.11.003Tang X.-D., Ye H.-Q., Liu H., et al. A novel visible-light-driven photocatalyst Sm2InNbO7 for H2 or O2 evolution / Chem. Phys. Lett. 2009. Vol. 484. N 1 – 3. P. 48 – 53. DOI: 10.1016/j.cplett.2009.11.003Schramm R. Use of X-ray Fluorescence Analysis for the Determination of Rare Earth Elements / Phys. Sci. Rev. 2016. Vol. 1. N 9. P. 20160061. DOI: 10.1515/psr-2016-0061Schramm R. Use of X-ray Fluorescence Analysis for the Determination of Rare Earth Elements / Phys. Sci. Rev. 2016. Vol. 1. N 9. P. 20160061. DOI: 10.1515/psr-2016-0061Sitko R., Zawisza B., Czaja M. Fundamental parameters method for determination of rare earth elements in apatites by wavelength-dispersive X-ray fluorescence spectrometry / J. Anal. At. Spectrom. 2005. Vol. 20. P. 741 – 745. DOI: 10.1039/B502994ESitko R., Zawisza B., Czaja M. Fundamental parameters method for determination of rare earth elements in apatites by wavelength-dispersive X-ray fluorescence spectrometry / J. Anal. At. Spectrom. 2005. Vol. 20. P. 741 – 745. DOI: 10.1039/B502994EБондаренко А. В., Белоновский А. В., Кацман Я. М. Применение метода фундаментальных параметров при рентгенофлуоресцентном анализе пульповых продуктов обогащения руд / Горная промышленность. 2021. № 5 – 2. С. 84 – 88.Bondarenko A. V., Belonovsky A. V., Katsman Ya. M. Application of fundamental parameter methodin X-ray fluorescence analysis of pulp productsin ore concentration / Gorn. Prom. 2021. N 5 – 2. P. 84 – 88 [in Russian].Beckhoff B., Kanngießer B., Langhoff N., et al. Handbook of Practical X-ray Fluorescence Analysis. Part 5. Quantitative Analysis. — Berlin/Heidelberg: Springer, 2006. — 863 p.Beckhoff B., Kanngießer B., Langhoff N., et al. Handbook of Practical X-ray Fluorescence Analysis. Part 5, Quantitative Analysis. — Berlin/Heidelberg: Springer, 2006. — 863 p.Борходоев В. Я. Рентгенофлуоресцентный анализ горных пород способом фундаментальных параметров. — Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 1999. — 279 с.Borkhodoev V. Ya. X-ray fluorescence analysis of rocks using the method of fundamental parameters. — Magadan: SVKNII FEB RAS, 1999. — 279 p. [in Russian].Калинин Б. Д. Расширение аналитических возможностей рентгенофлуоресцентного анализа на принципах теоретических коррекций межэлементных влияний. дис. ... докт. хим. наук. — Санкт-Петербург, 2008. — 342 с.Kalinin B. D. Expanding the analytical capabilities of X-ray fluorescence analysis on the principles of theoretical corrections of interelement influences. Doctoral Thesis. — St. Petersburg, 2008. — 342 p. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.