Строительные исследования
страница - 0
Протонный магнитный резонанс и состояние водорода в тетрагональном дигидриде циркония
Плетнев Р.Н. (pletnev@ihim.uran.ru) (1), Купряжкин А.Я.(2), Дмитриев А.В.(1), Заболоцкая Е.В.(1)
(1) Институт химии твердого тела УрО РАН, (2) Уральский государственный технический университет, г. Екатеринбург
Повышенный интерес к исследованию гидридов переходных металлов обусловлен не только широким использованием в технике и энергетике [1], но и возможностью их применения для решения фундаментальных физических проблем (см., например, [2]). В последнем случае можно выделить два аспекта. Во-первых, водород выступает в качестве легирующего элемента, позволяющего плавно (иногда обратимо) изменять свойства металлической матрицы. Во-вторых, атомы водорода, образующие собственную подсистему, сильно взаимодействуют между собой (причем это взаимодействие носит дальнодейст-вующий характер), что приводит к большому разнообразию фазовых переходов. Кроме того, атомы водорода в металлах обладают чрезвычайно высокой диффузионной подвижностью; водородная подрешетка может проявлять отчетливые квантовые свойства даже при комнатной температуре [3].
Метод протонного магнитного резонанса (ПМР) применяли для изучения гидрида циркония, в том числе тетрагонального s-ZrH2, неоднократно (соответствующие ссылки можно найти, например, в [4]). В работах [5,6] сообщается о получении новых фаз ZrHx - кубического гидрида с H/Zr = 2 и тетрагонального с H/Zr > 2, в которых обнаружены структурные фазовые переходы типа "порядок-беспорядок" при температурах, близких к комнатной. Поэтому, на наш взгляд, есть необходимость еще раз обратиться к изучению тетрагонального s-ZrH2 (в котором подобные переходы не найдены). В настоящей работе сделана попытка с помощью метода ПМР широких линий получить до-
полнительные сведения о состоянии водорода в s-ZrH2 и, таким образом, оценить возможность существования в этой системе структурных фазовых переходов.
Методика эксперимента Синтез образцов и контроль их состава описаны в работе [6]. Сигналы ПМР получены на спектрометре широких линий в интервале температур 100-500К на частотах 15 и 80 МГц. Точность поддержания и определения температуры составляла 2К. Измерения сдвигов Найта K проводили относительно положения сигнала водной метки с помощью следящего ЯМР магнитометра.
Результаты и их обсуждение Спектры ПМР в s-ZrH2 при температурах 260 < Т < 320К представляют собой наложение симметричных синглетов с шириной АН = 11,8 Гс и узких малоинтенсивных компонент, обусловленных наличием небольшого количества атомов водорода в октаэдрических междуузлиях (известно, что в решетке гидридов существует два типа междуузлий - тетраэдрические и октаэдриче-ские). Сопоставление рассчитанного для различнвх позиций водорода и экспериментального (18,6 Гс ) значений второго момента резонансных кривых позволяет утверждать, что лишь 3% атомов водорода занимают октаузлы.
Сигналы ПМР при температурах Т<260К имеют такой же вид, но ширина их существенно отличается в зависимости от условий записи. На рис.1 приведена зависимость АН (Т) в s-ZrH2 при величине напряжения на контуре радиочастотного генератора Uk = 700 мВ. Видно, что в области Тк ~ 230К происходит скачок АН. Этот скачок носит обратимый характер, температурный гистерезис отсутствует в пределах ошибки измерений.
В ряде работ (см., например, [7-9]) сообщается о наблюдении в некоторых гидридах переходных металлов при относительно высоких температурах эффектов некогерентного туннелирования. Поэтому рассмотрение зависимости АН (Т) делает интригующим предположение о существовании в ZrH2,3 тун-
ДДГс 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0
0,0
100
200
300
400
Т, К
Рис.1. Температурная зависимость ширины линии ПМР (Uk = 700 мВ). Штриховая линия - ширина линии при Uk 100 мВ. Частота генерации - 15 МГц.
Ki, м.д.
140
130
120
6-о-о-о-о-
110
100
200
300
400
Т, К
Рис.2. Температурная зависимость сдвига Найта.
нельных эффектов. Однако, возможность реализации такого предположения ставится под сомнение фактом неизменности ширины линии во вс ем изученном
содержание:
[стр.Введение] [стр.1]