Анотація до роботи:

Мнускіна І.В. Будова і розвиток реакційної зони в процесах синтезу надпровідникових купратів. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.01 - неорганічна хімія. - Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2004.

Дисертація присвячена вивченню твердофазних взаємодій в процесі синтезу високотемпературних надпровідникових оксидів складу YВa₂Cu₃O_x. Експериментально вивчено перебіг твердофазної взаємодії в модельних умовах - на плоскій поверхні поділу компактованих компонентів у дев'ятьох системах: Y₂O₃ - CuО, Y₂O₃ - BaCuО₂, Y₂O₃ - Y₂BaCuО₅, CuО - BaCuО₂, BaCuО₂ - Y₂Cu₂O₅, BaCuО₂ - Y₂BaCuО₅, Y₂Cu₂O₅ - Y₂BaCuО₅, Y₂Cu₂O₅ - YВa₂Cu₃O_x, Y₂Ba₄O₇ - CuО.

Методами ДТА, РФА, оптичної, скануючої електронної мікроскопії, хімічного і локального електронно-зондового аналізу вивчена будова реакційної зони, фазовий і локальний склад продуктів, розподіл компонентів у реакційних зонах, отримані концентраційні профілі катіонів уздовж напрямку дифузії. На основі цих даних визначено напрямки переважного дифузійного переносу, складено схеми іонного переносу при твердофазній взаємодії.

Виявлений несподіванний ефект - розпад високотемпературного оксидного надпровідника складу YBa₂Cu₃O_x, що вже утворився, у результаті переносу більш рухливого компонента CuO за межі реакційної зони. Цей ефект - розшарування реакційної дифузійної зони за рахунок нереакційної дифузії у небінарному розрізі - приводить до значного уповільнення кінцевого синтезу багатокомпонентного надпровідника.

Розроблений і запатентований метод прискореного синтезу YBa₂Cu₃О_х з використанням прекурсору Y₂Ba₄O₇, що дозволяє значно знизити час синтезу і різко збільшити швидкість протікання процесу.

1. За допомогою рентгенофазового, диференційно-термічного і хімічного аналізів уточнені оптимальні умови синтезу надпровідникового барій-ітрій купрату YВa₂Cu₃О_х у порошкоподібних сумішах реагентів, складених із сировинних компонентів, що є в Україні. З метою можливого розширення сировинної бази одержання оксидних надпровідників вивчений вплив різних видів барійвмісних компонентів (карбонат, пероксид, нітрат) на синтез барій-ітрій купрату.

2. Вивчено перебіг твердофазної взаємодії в модельних умовах – на плоскій поверхні поділу компактованих простих і складних оксидних компонентів у дев'ятьох системах: Y₂O₃-CuО, Y₂O₃-BaCuО₂, Y₂O₃-Y₂BaCuО₅, CuО-BaCuО₂, BaCuО₂-Y₂Cu₂O₅, BaCuО₂-Y₂BaCuО₅, Y₂Cu₂O₅-Y₂BaCuО₅, Y₂Cu₂O₅-YВa₂Cu₃O_x, Y₂Ba₄O₇-CuО. Визначено умови синтезу (температурно-часові режими відпалів, умови гарячого пресування) зразків для складання дифузійних пар при вивченні взаємодій у модельних умовах.

3. Уперше встановлена будова і визначений фазовий склад продуктів у реакційних зонах при взаємодіях на плоскій поверхні поділу в зазначених системах. У цих умовах надпровідниковий купрат YВa₂Cu₃O_x утворюється в двох системах BaCuО₂ - Y₂Cu₂O₅ і Y₂Ba₄O₇ - CuО. Однак, вихід і швидкість його утворення вкрай різні – вони набагато нижче в першій із зазначених систем, у якій виявляються також проміжні продукти Y₂BaCuО₅ і CuО.

4. Визначено напрямки переважного дифузійного переносу в досліджуваних системах. Складено схеми іонного переносу при твердофазній взаємодії в різних розрізах системи BaО - Y₂O₃ - CuО, а також рівняння хімічних перетворень на поверхнях поділу фаз.

5. У системі BaCuО₂ - Y₂Cu₂O₅ виявлений несподіваний ефект: розпад потрійного оксиду – барій-ітрій купрату 123, що вже утворився, на купрат з меншим вмістом купруму і CuO у результаті переносу більш рухливого компонента CuО за межі реакційної зони. Цей ефект – розшарування реакційної дифузійної зони – приводить до значного уповільнення кінцевого синтезу багатокомпонентного цільового продукту.

6. Для вивчення розвитку реакційної зони в умовах її розшарування методом скануючої електронної мікроскопії отримані профілі розподілу Купруму, Барію і Ітрію уздовж напрямку реакційної дифузії в системах: Y₂Cu₂O₅ - YBa₂Cu₃O_х, Y₂Cu₂O₅ - BaCuО₂. Установлено, що найшвидше дифундують іони Купруму і Ітрію, і лише потім іони Барію, що є причиною розшарування реакційної зони і різкого уповільнення синтезу однофазного надпровідникового оксиду.

7. Розроблений і запатентований метод прискореного синтезу високотемпературного надпровідника складу YBa₂Cu₃О_х з використанням прекурсору Y₂Ba₄O₇, що дозволяє значно знизити час синтезу і різко збільшити швидкість протікання процесу.

Публікації автора:

1. Приседский В.В., Мнускина И.В. Расслоение диффузионной реакционной зоны при взаимодействии сложных купратов // Доклады РАН. - 2002. - Т. 385, № 4. - С. 509-512.

2. Приседский В.В., Мнускина И.В. Строение и развитие реакционной зоны при взаимодействии YBa₂Cu₃O_x и Y₂Cu₂O₅ // ЖНХ. – 2003. - Т. 48, № 3. - С. 357-362.

3. Приседский В.В., Мнускина И.В., Волкова Е.И. Особенности развития реакционной зоны и ускоренный синтез сложных купратов // Украинский химический журнал. – 2004. - Т.70, № 11. - С. 41-47.

4. Приседский В.В., Мнускина И.В., Волкова Е.И. Механизм развития реакционной зоны в твердофазных взаимодействиях в системе BaO - Y₂O₃ - CuO // Вопросы химии и химической технологии. - 2000. -№1. -С. 81-83.

5. Приседский В.В., Волкова Е.И., Мнускина И.В. Изучение взаимодействия в системе BaO - Y₂O₃ - CuO методом контактных отжигов // В сб.: Труды ДонГТУ.Сер.: Химия и химическая технология. Вып.13, ДонГТУ, 2000. - С.80-84.

6. Мнускина И.В., Приседский В.В., Волкова Е.И. Диффузионный механизм реакций твердофазного синтеза купратов иттрия и бария // В сб.: Благородные и редкие металлы (Сб. информационных материалов Третьей Международной конференции "БРМ-2000"). - Донецк: ДонГТУ. - 2000. - С.405.

7. Приседский В.В., Мнускина И.В. Расслоение диффузионной реакционной зоны при взаимодействии Y₂Cu₂O₅ и YBa₂Cu₃O_x // Наукові праці ДонНТУ. Серія: Хімія і хімічна технологія. -2002. - Вип.44.- С.16-26.

8. Приседський В.В., Мнускіна І.В. Спосіб одержання високотемпературного керамічного надпровідника складу Ba₂YCu₃O_7-d. Патент України, заява № 2002097461, Деклараційний патент на винахід, 15.04.2003. Бюл.№4.

9. Мнускіна І., Приседський В.В. Особливості розвитку реакційної зони і шляхи прискореного синтезу надпровідникових купратів // IX наукова конференція “Львівські хімічні читання – 2003”. Тези доповідей. Львів: Львівський національний університет, 2003. С. Н30.

10. Приседский В.В., Мнускина И.В., Волкова Е.И., Марчук С.И. Интенсификация процессов твердофазного синтеза материалов для электронной техники // Материалы II научно-практической конференции «Донбас-2020: Наука і техніка – виробництву”, 2004. – С. 450-454.

11. Панфилов О.А., Приседский В.В., Мнускина И.В. Механизм развития реакционной зоны при твердофазном взаимодействии Y₂Cu₂O₅ - YBa₂Cu₃O_x // Вісник Донбаської Державної Академії будівництва і архітектури (Зб. наукових праць 26-ої науково-технічної конференції студентів). – 2000. – Вип. 2000-4(24). –С. 59-60.

12. Приседский В.В., Мнускина И.В. Строение и развитие реакционной зоны при взаимодействиях Y₂Cu₂O₅ - BaCuO₂ и Y₂BaCuO₅ - BaCuO₂ // XV Українська конференція з неорганічної хімії за міжнародною участю. Тези доповідей. Київ: "Київський університет", 2001. С.199.

13. Мнускина И.В. Диффузионные процессы при твердофазном взаимодействии Y₂Cu₂O₅ и BaCuO₂ // II Всеукраїнська конференція молодих вчених з актуальних питань хімії. Тези доповідей. Дніпропетровськ: Дніпропетровський національний університет, 2004. С.113.

Особистий внесок дисертанта у друкованих працях:

[1-3, 6, 12, 13] - самостійне проведення екпериментальних досліджень, опрацювання експериментальних даних; визначення фазового складу досліджуваних зразків і продуктів взаємодії методом РФА; безпосередня участь в отримані експериментальних даних методом СЕМ і локального електронно-зондового аналізу; установлення будови і фазового складу продуктів у реакційних зонах досліджуваних зразків.

[4, 5, 7-11] - проведення експериментальних досліджень; визначення стадійності і температурних інтервалів протікання реакцій синтезу в порошкоподібних сумішах методами ДТА і ТГ; установлення умов синтезу зразків для складання дифузійних пар методом РФА.