Исследование микроструктуры и частиц порошков оксидов ванадия (III), (V) и алюмината лития

Порошковые материалы широко применяются при изготовлении электрохимических элементов тепловых химических источников тока. Электрохимические свойства порошков зависят от формы и размеров их частиц. Представлены результаты исследования микроструктуры и частиц порошков оксидов ванадия (III), (V) и алюмината лития методами просвечивающей электронной и атомно-силовой микроскопии, рентгенодифракционного и газоадсорбционного анализов. Установлено, что диапазоны распределения частиц по размерам составляют, нм: 70 – 600 — для оксида ванадия (III) и 40 – 350 — для оксида ванадия (V). Размер областей когерентного рассеяния находится на нижней границе диапазонов. Это можно объяснить тем, что частицы порошков состоят из более мелких структурных элементов (кристаллитов). Средний объемно-поверхностный диаметр, рассчитанный по величине удельной площади поверхности, напротив, близок к верхней границе, что, вероятно, связано с частичной агломерацией частиц, а также их спеканием в процессе синтеза. В отличие от оксидов ванадия для алюмината лития диапазон распределения частиц по размерам более узкий — 50 – 110 нм. При этом размер кристаллитов и средний объемно-поверхностный диаметр близки к максимуму распределения частиц по размерам. Микроструктурный анализ показал, что частицы в образцах оксидов ванадия имеют округлую (V₂O₃) или удлиненную (V₂O₅) форму, в порошке алюмината лития — пластинчатую. Частицы образуют поликристаллические агломераты. Вместе с тем для разных партий одного и того же материала гранулометрический состав сходен, что говорит о воспроизводимости технологий их изготовления. Полученные данные можно использовать для контроля постоянства гранулометрического состава порошковых материалов.

1. Yan Yan, Bing Li, Wei Guo, Huan Pang, Huaiguo Xue. Vanadium based materials as electrode materials for high performance supercapacitors / J. Power Sources. 2016. Vol. 329. P. 148 – 169.

2. Cheng Y., Shao Y., Raju V., et al. Molecular storage of Mg ions with vanadium oxide nanoclusters / Advanced Functional Materials. 2016. N 26(20). P. 3446 – 3453.

3. Deng X., Xu Y., An Q., et al. Manganese ion pre-intercalated hydrated vanadium oxide as a high-performance cathode for magnesium ion batteries / J. Materials Chemistry A. 2019. N 7(17). P. 10644 – 10650.

4. Masset P., Schoeffert S., Poinso J.-Y., Poignet J.-C. Retained molten salt electrolytes in thermal batteries / J. Power Sources. 2005. Vol. 139. P. 356 – 365.

5. Кропачев А. Н., Калабский И. С., Абдели А. А. Новые тенденции в использовании алюминатов лития (обзор) / Технология металлов. 2019. № 8. С. 2 – 8.

6. Kinoshita K., Sim J., Ackerman J. Preparation and characterization of lithium aluminate / Mat. Res. Bull. 1978. Vol. 13. P. 445 – 455.

7. Takizawa K., Hagiwara A. The transformation of LiAlO2 crystal structure in molten Li/K carbonate. / J. Power Sources. 2002. Vol. 109. P. 127 – 135.

8. Воробьева В. Н., Астафьев Г. В. Методы исследования нефтей и нефтепродуктов, присадок, катализаторов, адсорбентов. — М.: Химия, 1967. — 430 с.

9. Гаврилова Н. В., Назаров В. В., Яровая О. В. Микроскопические методы определения размеров частиц дисперсных материалов. — М.: Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, 2012. — 52 с.

10. Градус Л. Я. Руководство по дисперсионному анализу методом микроскопии. — М.: Химия, 1979. — 232 с.

11. Лукьянович В. М. Электронная микроскопия в физико-химических исследованиях. — М.: РАН, 1960. — 272 с.

12. Ларичев Т. А., Титов Ф. В., Бодак К. А. и др. Атомно-силовая микроскопия в исследовании наноразмерных частиц / Ползуновский вестник. 2010. № 3. С. 77 – 80.

13. Чижов П., Левин Э. Исследование нанообъектов методами рентгеновской дифракции, рентгеновской рефлектометрии, малоуглового рассеяния рентгеновских лучей. —- Долгопрудный: МФТИ, 2011. — 93 с.

14. Гусев А. И., Курлов А. С. Аттестация нанокристаллических материалов по размеру частиц (зерен) / Металлофизика и новейшие технологии. 2008. Т. 30. № 5. С. 679 – 694.

15. Кривоглаз М. А. Теория рассеяния рентгеновских лучей и тепловых нейтронов реальными кристаллами. — М.: Наука, 1967. — 336 с.

16. Тимощук Е. И., Самойлов В. М., Тимощук Е. В., Смирнов В. К. Применение лазерной дифракции для определения размеров частиц наполнителей и пресс-порошков в производстве тонкозернистых графитов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2010. Т. 76. № 5. С. 26 – 29.

17. Масуо Хосокава, Кийоши Ноги, Макио Наито, Тойоказу Йокояма. Справочник по технологии наночастиц. — М.: Научный мир, 2013. — 729 с.

18. Паничкина В. В., Уварова И. В. Методы контроля дисперсности и удельной поверхности металлических порошков. — Киев: Наукова думка, 1973. — 168 с.

19. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость / Пер. с англ. — М.: Мир, 1984. — 306 с.

20. Крушенко Г. Г. К вопросу о точности определения размеров наночастиц порошков / Нанотехника. 2011. № 1. С. 13 – 16.

21. Coelho A., Cheary R. A fundamental parameters approach to X-ray line-profile fitting / J. Appl. Cryst. 1992. Vol. 25. P. 109 – 121.

22. Coelho A., Cheary R. Axial divergence in a conventional X-ray powder diffractometer. I. Theoretical foundations / J. Appl. Cryst. 1998. Vol. 31. P. 851 – 861.

23. Coelho A., Cheary R. Axial divergence in a conventional X-ray powder diffractometer. II. Realization and evaluation in a fundamental-parameter profile fitting procedure / J. Appl. Cryst. 1998. Vol. 31. P. 862 – 868.

24. JCPDS. Search Manual Hanawalt Method. Inorganic. — Swarthmore, Pennsylvania, USA, 1982.