References

zhps

Журнал прикладной спектроскопии

Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii

0514-7506

B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences

zhps-2176

Research Article

Статьи

Парамагнитные дефекты структуры MAX-фаз Cr–Ti–Al–C

Paramagnetic Structural Defects of MAX-Phases Cr–Ti–Al–C

Оводок

Е. А.

Ovodok

E. A.

Минск

Minsk

ovodok@bsu.by

Ивановская

М. И.

Ivanovskaya

M. I.

Минск

Minsk

Селезнев

А. Е.

Seleznev

A. E.

Москва

Moscow

Злотский

С. В.

Zlotsky

S. V.

Минск

Minsk

Азарко

И. И.

Azarko

I. I.

Минск

Minsk

Углов

В. В.

Uglov

V. V.

Минск

Minsk

Верещака

А. А.

Vereschaka

A. A.

Москва

Moscow

Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУResearch Institute of Physical and Chemical Problems of Belarusian State University

Московский государственный технологический университет “СТАНКИН”Moscow State Technological University “STANKIN”

Белорусский государственный университетBelarusian State University

Институт конструкторско-технологической информатики РАНInstitute of Design and Technological Informatics of the Russian Academy of Sciences

2026

30032026

932216225

2026

Оводок Е.А., Ивановская М.И., Селезнев А.Е., Злотский С.В., Азарко И.И., Углов В.В., Верещака А.А.

Ovodok E.A., Ivanovskaya M.I., Seleznev A.E., Zlotsky S.V., Azarko I.I., Uglov V.V., Vereschaka A.A.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/2176

Методами рентгенофазового анализа, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и электронного парамагнитного резонанса исследованы фазовый состав, состояние поверхности и природа парамагнитных центров в образце MAX-фазы Cr2TiAlC2, полученной спеканием в вакууме при 1300 oС спрессованных порошков Cr, Al, TiC, С. По данным рентгеновской дифракции основной является МАХ-фаза 312 (Cr2/3Ti1/3)3AlC2 с примесями Cr1.5Ti0.5AlC, Cr2AlC, α-Al2O3, карбидов и оксидов хрома. Методом РФЭС установлено, что на поверхности образца преобладают оксид алюминия и окисленные состояния титана и хрома, при этом соотношение Ti4+/Ti3+/Ti2+ = 1.58/1.0/1.08, содержание Cr3+ превышает содержание Cr6+ более чем в три раза. Изучена природа парамагнитных центров в образце (Cr2/3Ti1/3)3AlC2. Выявлены электронные дефекты и дырочные центры О– и Cr3+ в различных оксидных матрицах приповерхностных слоев, что может иметь важное значение для электронной проводимости и магнитных свойств.

The phase composition, surface condition and nature of paramagnetic centers in the sample of MAX-phase Cr2TiAlC2 obtained by sintering pressed powders of Cr, Al, TiC, C in vacuum at 1300°C were studied using X-ray phase analysis, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and electron paramagnetic resonance. According to X-ray diffraction data, the main phase is MAX-phase 312 (Cr2/3Ti1/3)3AlC2 with impurities of Cr1.5Ti0.5AlC, Cr2AlC, α-Al2O3, carbides and chromium oxides. XPS analysis revealed that aluminum oxide and oxidized states of titanium and chromium predominate on the sample surface, with the Ti4+/Ti3+/Ti2+ ratio being 1.58/1.0/1.08, and the Cr3+ content exceeding the Cr6+ content by more than three times. The nature of paramagnetic centers in the (Cr2/3Ti1/3)3AlC2 sample is established. Electronic defects and various types of O– and Cr3+ hole centers were identified in various oxide matrices of the near-surface layers, which may be important for the electron conductivity and magnetic properties.

MAX-фаза Cr2TiAlC2спекание в вакуумерентгеновская фотоэлектронная спектроскопияэлектронный парамагнитный резонанспарамагнитные центры Cr3+Cr5+O–O2–

MAX phase of Cr2TiAlC2vacuum sinteringX-ray photoelectron spectroscopyelectron paramagnetic resonanceparamagnetic centers of Cr3+Cr5+O–O2–

Работа выполнена в рамках совместного белорусско-российского проекта, финансируемого Белорусским республиканским фондом фундаментальных исследований (грант № Т23РНФМ-35) и Российским научным фондом (грант № 24-49-10012); НИР 2.1.05.02 ГПНИ “Химические процессы и технологии”, 2026—2030 гг.

References1

M. W. Barsoum. MAX Phases: Properties of Machinable Ternary Carbides and Nitrides, Wiley-VCH Germany (2013), doi: 10.1002/9783527654581

S. Zhang, Y. Zhou, X. Liang, Y. Wang, T. Wang, J. Yang, L. Lv. Nanomaterials, 12 (2022) 4364, https://doi.org/10.3390/nano12244364

J. L. Hart, K. Hantanasirisakul, A. C. Lang, Y. Y. Li, F. Mehmood, R. Pachter, A. I. Frenkel, Y. Gogotsi, M. L. Taheri. Adv. Mater. Interfaces, 8 (2021) 2001789, https://doi.org/10.1002/admi.202001789

X. T. Jiang, A. V. Kuklin, A. Baev, Y. Q. Ge, H. Agren, H. Zhang, P. N. Prasad. Phys. Rep., 848 (2020) 1—58, https://doi.org/10.1016/j.physrep.2019.12.006

J. J. He, G. Q. Ding, C. Y. Zhong, S. Li, D. F. Li, G. Zhang. Nanoscale, 11 (2019) 356—364, doi: 10.1039/C8NR07692H

N. C. Frey, A. Bandyopadhyay, H. Kumar, B. Anasori, Y. Gogotsi, V. B. Shenoy. ACS Nano, 13 (2019) 2831—2839, https://doi.org/10.1021/acsnano.8b09201

K. Hantanasirisakul, B. Anasori, S. Nemsak, J. L. Hart, J. Wu, Y. Yang, R. V. Chopdekar, P. Shafer, A. F. May, E. J. Moon, J. Zhou, Q. Zhang, M. L. Taheri, S. J. May, Y. Gogotsi. Nanoscale Horiz., 5 (2020) 1557—1565 (2020), doi: 10.1039/D0NH00343C

J. Yang, X. Zhou, X. Luo, S. Zhang, L. Chen. Appl. Phys. Lett., 109 (2016) 203109, https://doi.org/10.1063/1.4967983

Q. Sun, Z. M. Fu, Z. X. Yang. J. Mag. Mag. Mater., 514 (2020) 167141, https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.167141

X. F. Ma, W. B. Mi. J. Phys. Chem. C, 124 (2020) 3095—3106, https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b10598

M. W. Barsoum. J. Electrochem. Soc., 148 (2001) 544—550, doi: 10.1149/1.1380255

D. J. Tallman, B. Anasori, M. W. Barsoum. Mater. Res. Lett., 1 (2013) 115—125, http://dx.doi.org/10.1080/21663831.2013.806364

Z. Liu, L. Zheng, L. Sun, Y. Qian, J. Wang, M. Li. J. Am. Ceram. Soc., 97 (2013) 67—69, https://doi.org/10.1111/jace.12731

N. Coossens, K. Lambrinou, T. Lapauw, B. Tunsa, J. Vleugels. MAX Phases, Structure, Processing, and Properties, Chapter May (2021), doi: 10.1016/B978-0-12-818542-1.00015-1

Md. S. Alam, M. A. Chowdhury, T. Khandaker, M. S. Hossain, M. S. Islam, M. M. Islam, M. K. Hasan. RSC Adv., 14 (2024) 26995—27041, doi: 10.1039/d4ra03714f

Е. А. Оводок, М. И. Ивановская, А. Е. Селезнев, С. В. Злотский, В. В. Углов, А. А. Верещака. Журн. прикл. спектр., 92 (2025) 753—760

E. A. Ovodok, M. I. Ivanovskaya, A. E. Seleznev, S. V. Zlotsky, V. V. Uglov, A. A. Vereschaka. J. Appl. Spectr., 92 (2025) 1219—1226

Г. Г. Федорук. Журн. прикл. спектр., 69 (2002) 141—159 https://doi.org/10.1023/A:1016113814743

G. G. Fedoruk. J. Appl. Spectr., 69 (2002) 161—182, https://doi.org/10.1023/A:1016113814743

W. B. Pearson. Science, 162 (1968) 251—251, doi: 10.1126/science.162.3850.251.b

L. Shen. Dissertation (TU Delft), Delft University of Technology (2016), https://doi.org/10.4233/uuid:bece20f8-1d72-425e-b4b1-5d817e54f762

T. Liao, J. Wang, Y. Zhou. Scripta Mater., 59 (2008) 854—857, https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2008.06.044

Z. Lin, Y. Zhou, M. Li, J. Wang. Int. J. Mater. Res., 96 (2022) 291—296, https://doi.org/10.3139/ijmr-2005-0051

S. K. Misra, S. I. Andronenko, D. Tipikin, J. H. Freed, V. Somani, O. Prakash. J. Magn. Magn. Mater., 401 (2016) 495—505, https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.10.072

A. Naldoni, M. Altomare, G. Zoppellaro, N. Liu, S. Kment, R. Zboril, P. Schmuki. ACS Catal., 9 (2019) 345—364, https://doi.org/10.1021/acscatal.8b04068

A. A. Minnekhanov, D. M. Deygen, E. A. Konstantinova, A. S. Vorontsov, P. K. Kashkarov. Nanoscale Res. Lett., 7 (2012) 333, https://doi.org/10.1186/1556-276X-7-333

M. Ivanovskaya, K. Chernyakova, E. Ovodok, S. Poznyak, D. Kotsikau, I. Azarko. Mater. Chem. Phys., 278 (2022) 125703, https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2022.125703

M. Ivanovskaya, E. Ovodok, D. Kotsikau, I. Azarko, M. Micusik, M. Omastova, V. Golovanov. RSC Adv., 10 (2020) 25602—25608, https://doi.org/10.1039/D0RA02959A

E. A. Ovodok, M. I. Ivanovskaya, S. K. Poznyak, A. M. Maltanova, I. I. Azarko, M. Micusik, M. Omastava, A. Aniskevich. Thin Solid Films, 771 (2023) 139759, https://doi.org/10.1016/j.tsf.2023.139759

Z. J. Lin, M. S. Li, J. Y. Wang, Y. C. Zhou. Acta Mater., 55 (2007) 6182—6191, https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.07.024

W. Tian, P. Wang, Y. Kan, G. Zhang. J. Mater. Sci., 43 (2008) 2785—2791, https://doi.org/10.1007/s10853-008-2516-2

J. E. Wertz, J. R. Bolton. Electron Spin Resonance: Elementary Theory and Practical Applications, McGraw Hill, New York (1972)

S. O. Baumann, M. J. Elser, M. Auer, J. Bernardi, N. Hüsing, O. Diwald. Langmuir, 27 (2011) 1946−1953. https://doi.org/10.1021/la104213d

S. Livraghi, M. Rolando, S. Maurelli, M. Chiesa, M. C. Paganini, E. Giamello. J. Phys. Chem. C, 118 (2014) 22141—22148, https://doi.org/10.1021/jp5070374

E. G. Panarelli, S. Livraghi, S. Maurelli, V. Polliotto, M. Chiesa, E. Giamello. J. Photochem. Photobiol. A, 322-323 (2016) 27—34, https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2016.02.015

C. P. Kumar, N. O. Gopal, T. C. Wang, M.-S. Wong, S. C. Ke. J. Phys. Chem. B, 110 (2006) 5223—5229, https://doi.org/10.1021/jp057053t

H. Lunsford. Catalysis Rev.: Sci. and Eng., 8 (1974) 135—157, https://doi.org/10.1080/01614947408071859

C. Naccache, P. Meriaudeau, M. Che, A. J. Tench. Trans. Faraday Soc., 67 (1971) 506—512, https://doi.org/10.1039/TF9716700506

M. Che, A. J. Tench. Adv. Catalysis, 31 (1982) 77—133, https://doi.org/10.1016/S0360-0564(08)60453-8

M. Chiesa, M.C. Paganini, S. Livraghi, E. Giamello. Phys. Chem. Chem. Phys., 15 (2013) 9435—9447, https://doi.org/10.1039/C3CP50658D

A. J. Tench, T. Lawson, J. F. J. Kibblewhite. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1, 68 (1972) 1169—1180, https://doi.org/10.1039/F19726801169

E. V. Frolova, M. I. Ivanovskaya. Mater. Sci. Eng. C, 26 (2006) 1106—1110, https://doi.org/10.1016/j.msec.2005.09.016

E. Carter, A. F. Carley, D. M. Murphy. J. Phys. Chem. C, 111 (2007) 10630—10638, https://doi.org/10.1021/jp0729516

J. Kerssen, J. Volger. J. Physica, 69 (1973) 535—561, https://doi.org/10.1016/0031-8914(73)90087-6

D. Zwingel. Solid State Commun., 26 (1978) 775—777, https://doi.org/10.1016/0038-1098(78)90740-8

D. C. Hurum, A. G. Agrios, K. A. Gray, T. Rajh, M. C. Thurnauer. J. Phys. Chem. B, 107 (2003) 4545—4549, https://doi.org/10.1021/jp0273934

T. Sekiya, H. Takeda, N. Kamiya, S. Kurita, T. Kodaira. Phys. Status Solidi (c), 3 (2006) 3603—3606, https://doi.org/10.1002/pssc.200672152

J. M. Coronado, A. J. Maira, J. C. Conesa, K. L. Yeung, V. Augugliaro, J. Soria. Langmuir, 17 (2001) 5368—5374, https://doi.org/10.1021/la010153f

A. Carrington, A. D. McLachlan. Introduction to Magnetic Resonance with Applications to Chemistry and Chemical Physics, New York, Evanston, London (1967)

K. Drager. Z. Naturforsch. A, 31 (1976) 622—629, https://doi.org/10.1515/zna-1976-0617

I. D. Ryabov, M. L. Meilman. Bull. Moscow Soc. Naturalists. Geological Ser., 91 (2016) 62—65

T. Tatsukawa, M. Inoue, H. Yagi. J. Phys. Soc. Jpn., 36 (1974) 908, https://doi.org/10.1143/JPSJ.36.908

W. H. From. Phys. Rev., 131 (1963) 961—963, doi: https://doi.org/10.1103/PhysRev.131.961

K. Drager, R. Gerling. Z. Naturforsch. A, 35 (1980) 475—482, https://doi.org/10.1515/zna-1980-0502

S. Livraghi, M. Chiesa, M. C. Paganini, E. Giamello. J. Phys. Chem. C, 115 (2011) 25413—25421, https://doi.org/10.1021/jp209075m

М. И. Ивановская, Е. А. Оводок, С. К. Позняк, Д. А. Котиков, И. А. Свито. Журн. прикл. спектр., 89 (2022) 477—484 https://doi.org/10.1007/s10812-022-01405-6

M. I. Ivanovskaya, E. A. Ovodok, S. K. Poznyak, D. A. Kotsikau, I. A. Svito. J. Appl. Spectr., 89 (2022) 644—651, https://doi.org/10.1007/s10812-022-01405-6

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