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

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 (Cr_2/3Ti_1/3)₃AlC₂ с примесями Cr_1.5Ti_0.5AlC, 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 (Cr_2/3Ti_1/3)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.

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

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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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

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

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

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

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

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

13. 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

14. 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

15. 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

16. 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

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

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

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

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

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

22. 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

23. 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

24. 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

25. 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

26. 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

27. 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

28. 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

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

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

31. 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

32. 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

33. 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

34. 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

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

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

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

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

39. 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

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

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

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

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

44. 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

45. 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

46. 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

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

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

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

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

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

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

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

54. 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