Кинетические закономерности растворения диоксида гафния в щелочной среде

Аннотация

Поверхностные свойства оксидов являются важной характеристикой процессов, протекающих на границе диоксид металла/водный раствор электролита. Важной составляющей, определяющей кинетику растворения гидратированных диоксидов, являются кислотно-основные свойства поверхности. Приведены экспериментальные результаты изучения растворения суспензии HfO₂ в подкисленных водных электролитах с разной концентрацией хлорида калия. Методом потенциометрического титрования основного раствора щелочью определены кислотно-основные поверхностные характеристики диоксида. Построением потенциометрических кривых установлено влияние кислотности среды на кинетику растворения суспензии HfO₂. На основе экспериментальных данных выполнено математическое моделирование процесса и рассчитаны константы кислотно-основных равновесий. Проведены анализ возможных равновесий, устанавливающихся на межфазной границе, и расчет адсорбционных параметров. Установлено влияние рН титруемого раствора на адсорбционные характеристики ионов. Накопление экспериментального материала по моделированию кислотно-основных характеристик гидратированных диоксидов позволяет более полно трактовать физико-химические и химические свойства их поверхности, что может являться вкладом в исследование тонкодисперсных систем

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Елисеева Е.А., Березина С.Л., Болдырев В.С. Кинетические закономерности растворения диоксида гафния в щелочной среде. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2025, № 5 (122), с. 88--99. EDN: VHPAQG

Литература

[1] Hsain H.A., Lee Y., Materano M., et al. Many routes to ferroelectric HfO₂: a review of current deposition methods. J. Vac. Sci. Technol. A, 2022, vol. 40, iss. 1, art. 010803. DOI: https://doi.org/10.1116/6.0001317

[2] Shin J., Seo H., Ye K.H., et al. Understanding phase evolution of ferroelectric Hf_0.5Zr_0.5O₂ thin films with Al₂O₃ and Y₂O₃ inserted layers. J. Mater. Chem. C, 2024, vol. 12, iss. 14, pp. 5035--5046. DOI: https://doi.org/10.1039/D4TC00061G

[3] Будиновский С.А., Чубаров Д.А., Матвеев П.В. Современные способы нанесения теплозащитных покрытий на лопатки газотурбинных двигателей (обзор). Авиационные материалы и технологии, 2014, № S5, с. 38--44. EDN: TMEBDP

[4] Singh J., Wolfe D.E., Miller R.D., et al. Thermal conductivity and thermal stability of zirconia and hafnia based thermal barrier coatings by EB-PVD for high temperature applications. Mater. Sci. Forum, 2004, vol. 455-456, pp. 579--586. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.455-456.579

[5] Будиновский С.А., Смирнов А.А., Матвеев П.В. и др. Разработка теплозащитных покрытий для рабочих и сопловых лопаток турбины из жаропрочных и интерметаллидных сплавов. Труды ВИАМ, 2015, № 4, с. 33--37. DOI: https://dx.doi.org/10.18577/2307-6046-2015-0-4-5-5

[6] Житнюк С.В. Бескислородные керамические материалы для аэрокосмической техники (обзор). Труды ВИАМ, 2018, № 8, с. 81--88. DOI: https://dx.doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-8-81-88

[7] Zhu D., Bansal N.P., Miller R.A. Thermal conductivity and stability of HfO₂--Y₂O₃ and La₂Zr₂O₇ evaluated for 1650 °C thermal/environmental barrier coating applications. NASA/TM-2002-212544, 2003.

[8] Zhu D., Miller R.A. Thermal conductivity of advanced ceramic thermal barrier coatings determined by a steadystate laser heat-flux approach. NASA/TM-2004-213040, 2004.

[9] Savushkina S.V., Polyanskiy M.N., Vysotina E.A., et al. Formation and investigation of plasma gradient coating with upper hafnium oxide layer. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov [Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering], 2018, vol. 329, no. 10, pp. 30--39 (in Russ.). DOI: https://doi.org/10.18799/24131830/2018/10/2102

[10] Алешин Д.К. Технология получения гафнийсодержащих оксидных систем для поглощающих стержней управления и защиты. Дис. ... канд. техн. наук. Екатеринбург, УрФУ, 2011.

[11] Полунин К.К., Урусов А.А., Чувиков С.В. и др. Гидрид гафния как перспективный поглощающий материал для реакторов на быстрых нейтронах. Новые материалы: перспективные технологии получения и обработки материалов. Сб. тез. докл. 19 Междунар. школы-конф. для молодых уч. и спец. М., МИФИ, 2021, с. 189.

[12] Полунин К.К., Беспечалов Б.Н., Зайцев Д.А. и др. Гидрид гафния: исследование теплофизических и механических свойств. Новое в российской электроэнергетике, 2023, № 1, с. 6--16. EDN: IFWKLA

[13] Болдырев В.С., Кузнецов С.В., Меньшиков В.В. Инновационное развитие малотоннажных научно-производственных предприятий лакокрасочной отрасли. М., Пэйнт-Медиа, 2021.

[14] Gammon P.M., Perez-Tomas A., Jennings M.R., et al. Characterisation of HfO₂/Si/SiC MOS capacitors. Mater. Sci. Forum, 2011, vol. 679-680, pp. 674--677. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.679-680.674

[15] Liu X., Geng X., Liu H., et al. Recent progress and applications of HfO₂-based ferroelectric memory. Tsinghua Sci. Technol., 2023, vol. 28, iss. 2, pp. 221--229. DOI: https://doi.org/10.26599/TST.2021.9010096

[16] Khomenkova L., Korsunska N., Labbe C., et al. The peculiarities of structural and optical properties of HfO₂-based films co-doped with silicon and erbium. Appl. Surf. Sci., 2019, vol. 471, pp. 521--527. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.11.251

[17] Батлер Дж. Ионные равновесия. Л., Химия, 1973.

[18] Елисеева Е.А., Березина С.Л., Горичев И.Г. и др. Влияние кислотно-основных свойств диоксида циркония на кинетику растворения. Цветные металлы, 2022, № 9, с. 56--61. DOI: https://doi.org/10.17580/tsm.2022.09.09

[19] Елисеева Е.А., Березина С.Л. Кинетические характеристики растворения диоксида титана в кислотной среде. Металлы, 2024, № 1, с. 36--41. DOI: https://doi.org/10.31857/S0869573324013641

[20] Елисеева Е.А., Березина С.Л., Болдырев В.С. Кинетические закономерности растворения оксидов переходных металлов в кислотной среде. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2024, № 2 (113), с. 116--128. EDN: NQDAXS

[21] Кострикин А.В., Косенкова О.В., Горичев И.Г. и др. Поверхностные комплексы на границе гидратированных диоксидов/водных растворов с различными значениями рН. Вестник ТГТУ, 2012, т. 18, № 1, с. 149--158. EDN: OWRRQD

[22] Киприянов Н.А., Горичев И.Г. Моделирование выщелачивания с использованием кислотно-основных свойств окисленных минералов в гидрометаллургии. Вестник РУДН. Сер. Инженерные исследования, 2008, № 3, с. 73--78. EDN: JKGLOJ