mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2016-4-279-283mateltech-297Research ArticleФизические свойства и методы исследованияPHYSICAL CHARACTERISTICS AND THEIR STUDYКристаллохимические особенности простейших и смешанно–слоистых оксидов висмутаCrystallochemical features of simplest and mixed-layered bismuth oxidesОсипянВ. Г.OsipyanV. G.

Осипян Валентин Георгиевич — кандидат технических наук.

Большая Советская ул., д. 10/2, Смоленск, 214000.

10/2 Bol’shaya  Sovetskaya Str., Smolensk 214000.

Gora-mik@yandex.ruСмоленская государственная сельскохозяйственная академияРоссияSmolensk State Agrarian AcademyRussian Federation201630122016194279283Copyright © Осипян В.Г., 20162016Осипян В.Г.Osipyan V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/297

Семейство висмутсодержащих сегнетоэлектриков со слоистой структурой уже более полувека вызывает устойчивый интерес исследователей как с теоретической, так и с практической точки зрения. Теоретический интерес обусловлен своеобразной структурой соединений, имеющих  высокую температуру размытого сегнетоэлектрического перехода, практический — возможностью получения многофункциональных материалов. Дан кристаллохимический анализ наименее изученных разновидностей семейства, а именно: простейшим составам типа «Bi2O3 — второй оксид» и сложным структурам прорастания — соединениям с так называемым смешанно− слоистым строением решеток. Для описания составов рассмотренных типов структур предложены кристаллохимические формулы, которые должны способствовать более целенаправленному  синтезу новых соединений семейства. Показано, что образование смешанно−слоистых структур срастания (прорастания) определяется условиями синтеза и не представляет исключительного явления. Вопрос об устойчивости (степени неустойчивости) таких сложных структурных образований остается открытым. Существование подобных  соединений вызывает интерес, который обусловлен очевидной возможностью синтеза новых составов семейства с многофункциональными свойствами. Кроме того, подобные системы представляют интерес и для физики твердого тела в целом как объекты исследования и получения дополнительной информации, касающейся размытых фазовых переходов.

The family of bismuth ferroelectrics with a layered structure have for more than half a century caused great interest of researchers from theoretical and practical viewpoints. Theoretical interest is due to the specific structure of the compounds with high-temperature blurred ferroelectric transition, while practical one stems from the possibility of obtaining multifunctional materials. This work deals with the crystallochemical analysis of the least−studied species of the family, i.e., the simplest compositions of the “Bi2O3 − second oxide” type and complex precipitation structures, i.e., compounds with the so−called mixed−layered lattice structure.We suggest crystallochemical formulae to describe the compositions of the abovementioned structure types. We expect these formulae to provide for a more focused synthesis of new compounds of the family.

сегнетоэлектрикивисмутсодержащие слоистые соединениякристаллохимическая формулаперовскитоподобные слоиferroelectricsbismuth layered compoundscrystallochemical formulaperovskite−like layersoctahedronsmultifunctional materialscrystallographic directionscationssublatticeunit cell of the structureReferencesКочергин , Ю . В. Диэлектрические свойства Bi − содержащих слоистых сегнетоэлектриков / Ю. В. Кочергин // Автореферат дисс. ... канд. физ.−мат. наук. − Астрахань : Волгоградский государственный архитектурно −строительный университет, 2010.Kochergin Yu. V. Dielektricheskie svoistva Bi−soderzhashchikh sloistykh segnetoelektrikov [Dielectric properties of Bi−containing layered ferroelectrics]. Avtoreferat dissertatsii na soisk. uch. step. k. f−m. n. Astrakhan: Institute of Architecture and Civil Engineering of Volgograd State Technical University, 2010. (In Russ.)Aurivillius, B. Mixed bismuth oxides with layer lattices / B. Aurivillus // Arkiv för Kemi. − 1949. − V. 1, N 54. − P. 463—480.Aurivillius B. Mixed bismuth oxides with layer lattices. Arkiv för Kemi, 1949, vol. 1, no. 54, pp. 463—480.Осипян, В. Г. Висмут−ванадатные сегнетоэлектрики со слоистой структурой / В. Г. Осипян, Л. М. Савченко, В. Л. Элбакян, П. Б. Авакян // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. − 1987. − Т. 23, № 3. − С. 523—525.Osipyan V. G., Savchenko L. M., Elbakyan V. L., Avakyan P. B. Bismuth−vanadate ferroelectrics with a layered structure. Izv. Akad. Nauk SSSR, Neorg. Mater.= Inorganic materials, 1987, vol. 23, no. 3, pp. 523—525. (In Russ.)Kodama , Н. New members of a family of layered bismuth compounds / Kodama Н., Izumi F., Watanabe А. // J. Solid State Chem. − 1981. − V. 36, N 3. − P. 349—355. DOI: 10.1016/0022−4596(81)90446−1Kodama Н., Izumi F., Watanabe А. New members of a family of layered bismuth compounds. J. Solid State Chem., 1981, vol. 36, no. 3, pp. 349—355. DOI: 10.1016/0022-4596(81)90446-1Борисов, В. Н. Фазовые переходы в ванадате висмута Bi4V2O11 / В. Н. Борисов, Ю. М. Поплавко, П. В. Авакян, В. Г. Осипян // ФТТ. − 1988. − Т. 30, вып. 5. − С. 1560—1562.Borisov V. N., Poplavko Yu. M., Avakyan P. V., Osipyan V. G. Phase transformations in bismuth vanadate Bi4V2O11. Fizika tverdogo tela = Physics of the Solid State, 1988, vol. 30, no. 5, pp. 1560—1562. (In Russ.)Shantha, K. Preparation and characterization of nanocrystalline powders of bismuth vanadate / K. Shantha, K. B. R. Varma // Materials Science and Engineering: B. − 1999. − V. 60, iss. 1. − P. 66—75. DOI: 10.1016/S0921-5107(99)00021-5Shantha K., Varma K. B. R. Preparation and characterization of nanocrystalline powders of bismuth vanadate. Materials Science and Engineering: B, 1999, vol. 60, no. 1, pp. 66—75. DOI: 10.1016/S0921-5107(99)00021-5Luo , S . Rietveld analysis and dielectr ic proper ties of Bi2WO6—Bi4Ti3O12 ferroelectric system / S. Luo, Y. Noguchi, M. Miyayama, T. Kudo // Materials Research Bulletin. − 2001. − V. 36, iss. 3–4. − P. 531—540. DOI: 10.1016/S0025-5408(01)00516-5Luo S., Noguchi Y., Miyayama M., Kudo T. Rietveld analysis and dielectric properties of Bi2WO6—Bi4Ti3O12 ferroelectric system. Materials Research Bulletin, 2001, vol. 36, no. 3–4, pp. 531—540. DOI: 10.1016/S0025-5408(01)00516-5Buyanova , E . S . Synthesis and electrical properties of solid solutions based on bismuth vanadates / E . S. Buyanova, V. M. Zhukovskii, E. S. Lopatina, V. V. Ivanovskaya, E. A. Raitenko // Inorganic Materials. − 2002. − V. 38, N 3. − P. 256—260. DOI: 10.1023/A:1014722800626Buyanova E. S., Zhukovskii V. M., Lopatina E. S., Ivanovskaya V. V., Raitenko E. A. Synthesis and electrical properties of solid solutions based on bismuth vanadates. Inorganic Materials, 2002, vol. 38, no. 3, pp. 256—260. DOI: 10.1023/A:1014722800626Mairesse, G. Crystal structure determination of α, β and γ−Bi4V2O11 polymorphs. Pt I: γ and β−Bi4V2O11 / G. Mairesse, P. Roussel, R. N. Vannier, M. Anne, C. Pirovano, G. Nowogrocki // Solid State Sciences. − 2003. − V. 5, N 6. − P. 851—859. DOI: 10.1016/S1293-2558(03)00015-3Mairesse G., Roussel P., Vannier R. N., Anne M., Pirovano C., Nowogrocki G. Crystal structure determination of α, β and γ−Bi4V2O11 polymorphs. Part I: γ and β−Bi4V2O11. Solid State Sciences, 2003, vol. 5, no. 6, pp. 851—859. DOI: 10.1016/S1293-2558(03)00015-3Freny Joy, K. M. High pressure and high temperature phase transition in nanocrystalline Aurivillius oxide / K. M. Freny Joy, T. K. Jaya Arun, N. V. Jaya, A. Castro // Physica E: Low−dimensional Systems and Nanostructures. − 2004. − V. 23, N 1–2. − P. 188—192. DOI: 10.1016/j.physe.2004.03.018Freny Joy K. M., Jaya Arun T. K., Jaya N. V., Castro A. High pressure and high temperature phase transition in nanocrystalline Aurivillius oxide. Physica E: Low−dimensional Systems and Nanostructures, 2004, vol. 23, no. 1–2, pp. 188—192. DOI: 10.1016/j.physe.2004.03.018Emel'yanova , Yu . V. Synthesis and properties f Bi4V2−xM2xO11−2x (M = Y, In) solid solutions / Yu. V. Emel'yanova, Zh. V. Salimgareeva, E. S. Buyanova, V. M. Zhukovskii // Inorganic Materials. − 2005. − V. 41, N 10. − P. 1107—1113. DOI: 10.1007/s10789-005-0268-9Emel’yanova Yu. V., Salimgareeva Zh. V., Buyanova E. S., Zhukovskii V. M. Synthesis and properties of Bi4V2−xM2xO11−2x (M == Y, In) solid solutions. Inorganic Materials, 2005, vol. 41, no. 10, pp. 1107—1113. DOI: 10.1007/s10789-005-0268-9Зырянов, B. В. Механохимический синтез, структура и проводимость метастабильных твердых растворов Bi2M0,1V0,9O5,5−x (М = V, Zn, Sc, Sb, In) и Вi1,8Pb0,2VO5,4−x / B. В. Зырянов, Н. Ф. Уваров // Неорганические материалы. − 2005. − Т. 41, № 3. − C. 341—347.Zyryanov V. V., Uvarov N. F. Mechanochemical synthesis, crystal structure, and electrical conductivity of Bi2M0.1V0.9O5.5 −x (М = V, Zn, Sc, Sb, In) and Вi1.8Pb0.2VO5.4−x metastable solid solutions. Inorganic materials, 2005, vol. 41, no. 3, pp. 281—287. DOI: 10.1007/s10789-005-0124-yВоронкова, B. И. Суперионные проводники в системе Bi2WO6—Bi2VO5.5 / B. И. Воронкова, В. К. Яновский, Е. П. Харитонова, О. Г. Рудницкая // Неорганические материалы. − 2005. − Т. 41, № 7. − С. 866—870.Voronkova V. I., Yanovskii V. K., Kharitonova E. P., Rudnitskaya O. G. Superionic conductors in the Bi2WO6—Bi2VO5.5 system. Inorganic materials, 2005, vol. 41, no. 7, pp. 760—765. DOI: 10.1007/ s10789-005-0205-yTellier, J. The crystal structure of the mixed−layer Aurivillius phase Bi5Ti1,5W1,5O15 / J. Tellier, Ph. Boullay, N. Créon, D. Mercurio // Solid State Sciences. − 2005. − V. 7, iss. 9. − P. 1025—1034. DOI: 10.1016/j.solidstatesciences.2005.01.025Tellier J., Boullay Ph., Créon N., Mercurio D. The crystal structure of the mixed−layer Aurivillius phase Bi5Ti1.5W1.5O15. Solid State Sciences, 2005, vol. 7, no. 9, pp. 1025—1034. DOI: 10.1016/j.solidstatesciences.2005.01.025Kumari, N. Dielectric, impedance and ferroelectric characteristics of c−oriented bismuth vanadate films grown by pulsed laser deposition / N. Kumari, S. B. Krupanidhi, K. B. R. Varma // Materials Science and Engineering: B. − 2007. − V. 138, N 1. − P. 22—30. DOI: 10.1016/j.mseb.2006.12.010Kumari N., Krupanidhi S. B., Varma K. B. R. Dielectric, impedance and ferroelectric characteristics of c−oriented bismuth vanadate films grown by pulsed laser deposition. Materials Science and Engineering: B, 2007, vol. 138, no. 1, pp. 22—30. DOI: 10.1016/j. mseb.2006.12.010Харитонова, Е. П. Cинтез и электрофизические свойства смешанослойных фаз Ауривиллиуса / Е. П. Харитонова, В. И. Воронкова // Неорганические материалы. 2007. − Т. 43, № 12. − C. 1488—1493.Kharitonova E. P., Voronkova V. I. Synthesis and electrical properties of mixed−layer Aurivillius phases. Inorganic mate r i al s, 2007, vol. 43, no. 12, pp. 1340 —1344. DOI: 10.1134/S0020168507120175Борисов , В. Н . Диэлектрические спектры ванадата висмута Bi4V2O11 / В. Н. Борисов, В. М. Пашков, Ю. М. Поплавко, П. В. Авакян, В. Г. Осипян // Изв. АН СССР, сер. физ. − 1990. − Т. 54, № 6. − С. 1221—1224.Borisov V. N., Pashkov V. M., PopIavko Yu. M., Avakyan P. B., Osipyan V. G. Dielectr ic spectra of bismuth vanadate Bi4V2O11. Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Fiz., 1990, vol. 54, no. 6, pp. 1221—1224. (In Russ.)

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