Теоретичне дослідження механічних та термофізичних властивостей механолюмінесцентного матеріалу з частковою заміною Li в LixZn1–xO:Nd3+ (0 ≤ x ≤ 0,44)

Автор(и)

  • P. Srivastav Department of Physics, Prof. Rajendra Singh (Rajju Bhaiya) Institute of Physical Sciences for Study and Research, Veer Bahadur Singh Purvanchal University
  • A. Yadav Department of Physics, Prof. Rajendra Singh (Rajju Bhaiya) Institute of Physical Sciences for Study and Research, Veer Bahadur Singh Purvanchal University https://orcid.org/0009-0009-0978-6111 (неавтентифікований)
  • P.K. Yadawa Department of Physics, Prof. Rajendra Singh (Rajju Bhaiya) Institute of Physical Sciences for Study and Research, Veer Bahadur Singh Purvanchal University

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe70.11.805

Ключові слова:

механолюмiнесцентний матерiал, пружнi властивостi, механiчнi властивостi, ультразвук, термодинамiчнi властивостi

Анотація

У цiй роботi дослiджуються механiчнi, теплофiзичнi, ультразвуковi та пружнi властивостi нового механолюмiнесцентного матерiалу LixZn1−xO:Nd3+ на основi моделi з використанням потенцiалу Леннарда-Джонса. Механiчна стабiльнiсть матерiалу продемонстрована в iнтервалi 0 ≤ x ≤ 0,44 вiдносного вмiсту Li. Такi параметри, як модуль Юнга, модуль об’ємної пружностi та модуль зсуву зменшуються зi збiльшенням концентрацiї Li вiд 0 до 0,44. Отри-мано питому теплоємнiсть (CV) i температуру Дебая (θD). Проаналiзовано коефiцiєнт ультразвукового затухання за кiмнатної температури.

Посилання

1. C.N. Xu, T. Watanabe, M. Akiyama, X.G. Zheng. Direct view of stress distribution in solid by mechanoluminescence. Appl. Phys. Lett. 74, 2414-16 (1999).

https://doi.org/10.1063/1.123865

2. D. Tu, C.N. Xu, S. Kamimura, Y. Horibe, H. Oshiro, L. Zhang, Y. Ishii, K. Hyodo, G. Marriott, N. Ueno et al. Ferroelectric Sr3Sn2O7:Nd3+: A new multipiezo material with ultrasensitive and sustainable near-infrared piezoluminescence. Adv. Matte. 32 (25), 1908083 (2020).

https://doi.org/10.1002/adma.201908083

3. X. Yang, R. Liu, X. Xu, Z. Liu, M. Sun, W. Yan, D. Peng. Effective repeatable mechanoluminescence in heterostructured Li1−xNaxNbO3:Pr3+. Small 17 (46), 2103441 (2021).

https://doi.org/10.1002/smll.202103441

4. Y. Fujio, C.N. Xu, N. Terasaki. Flexible mechanoluminescent SrAl2O4: Eu film with tracking performance of CFRP fracture phenomena. Sensor 22 (15), 5476 (2022).

https://doi.org/10.3390/s22155476

5. D. Tu, C.N. Xu, A. Yoshida, M. Fujihala, J. Hirotsu, X.G. Zheng. LiNbO3:Pr3+: A multipiezo material with simultaneous piezoelectricity and sensitive piezoluminescence. Adv. Matter. 29 (22), 1606914 (2017).

https://doi.org/10.1002/adma.201606914

6. J.C. Zhang, X. Wang, G. Marriott, C.N. Xu. Trapcontrolled mechanoluminescent materials. Prog. Mater. Sci. 103, 678 (2019).

https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2019.02.001

7. C. Feng, H. Zhang, Y. Deng, A. Y, X. Chen, J. Sun, M. Zhang, L. Dong. High wurtzite content ZnS : Mn with better luminescent performances prepared at lower temperature by a ball milling method. J. Alloys. Compd. 968, 172211 (2023).

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.172211

8. H. Hara, C.N. Xu, R. Wang. Control of crystal structure and performance evaluation of multi-piezo material of Li1−xNaxNbO3:Pr3+. J. Ceramic Society of Japan 128 (8), 518 (2020).

https://doi.org/10.2109/jcersj2.20015

9. P. Chandrakar, D.P. Bisen, R.N. Baghel, B.P. Chandra. Synthesis and optical properties of CaMgSi2O6:Ce3+ phosphors. J. Electron. Mater. 44, 3450 (2015).

https://doi.org/10.1007/s11664-015-3862-x

10. A. Feng, P.F. Smet. A review of mechanoluminescence in inorganic solids: Compounds, mechanisms, models and applications. Materials 11, 484 (2018).

https://doi.org/10.3390/ma11040484

11. J. Sik, Y.N. Kwon, K.S. Sohn. Dynamic visualization of crack propagation and bridging strees using the mechanoluminescence of SrAl2O4 : (Eu, Dy, Nd). Acta Materialia 51, 6437 (2003).

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2003.08.013

12. S. Zhang, S. Wang, T. Hu, S. Xuan, H. Jiang, X. Gong. Study the safeguarding performance of shear thickening gel by the mechanoluminescence method. Composites Part B 180, 107564 (2020).

https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107564

13. Z.J. Wu, E.J. Zhao, H.P. Xiang, X.F. Hao, X.J. Liu, J. Meng. Crystal structures and elastic properties of superhard IrN2 and IrN3 from first principles. Phys. Rev. B 76, 054115 (2007).

14. H. Pan, J. Zhang, X. Jia, H. Xing, J. He, J. Wang, F. Wen. Large electrostrictive effect and high optical temperature sensing in Bi0.5 Na0.5TiO3-BaTiO3-(Sr0.7Bi0.18Er0.02) TiO3 luminescent ferroelectrics. Ceramic International 44 (5), 57859 (2018).

https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.12.067

15. S. Rai, A.K. Prajapati, P.K. Yadawa. Effect of pressure on elastic constants and related properties of rare-earth intermetallic compound TbNiAl. Phys. Mesomech. 26, 495 (2023).

https://doi.org/10.1134/S1029959923050028

16. S. Rai, N. Chaurasiya, P.K. Yadawa. Elastic, mechanical and thermophysical properties of single-phase quaternary ScTiZrHf high-entropy alloy. Phys. Chem. Solid State 22, 687 (2021).

https://doi.org/10.15330/pcss.22.4.687-696

17. W. Voigt. Lehrbuch der kristallphysik (B G Teubner, 1910).

18. S.F. Pugh. Relations between the elastic moduli and the plastic properties of polycrystalline pure metals. Philos. Mag. 45, 823 (1954).

https://doi.org/10.1080/14786440808520496

19. A.K. Prajapati, S. Rai, P.K. Yadawa. Pressure dependent elastic, mechanical, thermo-physical and ultrasonic properties of titanium boride. MAPAN 37, 597 (2022).

https://doi.org/10.1007/s12647-022-00590-1

20. V. Rajendran, A. Marikani. Materials Science (Tata MCGraw Hill education, 2009).

21. P.K. Yadawa, S. Rai, N. Chaurasiya, A.K. Prajapati. Investigation of intermetallic GdFeAl ternary compound by elastic, thermophysical and ultrasonic analysis. Phys. and Astronomy 19, 105-12 (2022).

https://doi.org/10.31489/2022No1/105-112

22. A.K. Prajapati, S. Rai, P.K. Yadawa.Theoretical investigations on mechanical and ultrasonic characteristics of gallium nitride semiconductor under high pressure. Emergent Mater. 5, 1985 (2022).

https://doi.org/10.1007/s42247-022-00419-2

23. P. Srivastav, A.K. Prajapati, P.K. Yadawa. Theoretical investigation on thermal, mechanical and ultrasonic properties of zirconium metal with pressure. Phys. Chem. Solid State 24, 549-97 (2023).

https://doi.org/10.15330/pcss.24.3.549-557

24. S.O. Pillai. Solid State Physics (New age international publisher, 2021) [ISBN: 0025472570028].

25. D. Singh, D.K. Pandey, P.K. Yadawa. Ultrasonic wave propagation in rare-earth monochalcogenides. Centr. Eur. J. Phy. 7, 198 (2009).

https://doi.org/10.2478/s11534-008-0130-1

26. D.R. Clarke. Materials selection guidelines for low thermal conductivity thermal barrier coatings. Surf. Coat. Technol. 163, 67 (2003).

https://doi.org/10.1016/S0257-8972(02)00593-5

27. R.P. Singh, S. Yadav, G. Mishra, D. Singh. Pressure dependent ultrasonic properties of hcp hafnium metal. Zeitschrift f¨ur Naturforschung. 7, 549 (2021).

https://doi.org/10.1515/zna-2021-0013

28. A.K. Gupta, A. Gupta, S. Tripathi, V. Bhalla, D. Singh. Ultrasonic properties of hexagonal closed packed metals. Universal J. Mater. Sci. 1, 63 (2013).

https://doi.org/10.13189/ujms.2013.010209

29. S. Kawana, K. Hirata, Y. Fujio, T. Uchiyama, C.N. Xu. First-principles calculation of elastic properties in LixZn1−xO:Nd mechanoluminescence material. Advanced Theory and Simulations 7, 2400099 (2024).

https://doi.org/10.1002/adts.202400099

30. S. I. Ranganathan, M. Ostoja-starzewski. Universal elastic anisotropy index. Phys. Rev. Lett. 101, 9007-08 (2008).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.055504

31. T. Azuhata, M. Takesada, T. Yagi, A. Shikanai, S.F. Chichibu, K. Torii, A. Nakamura, T. Sota, G. Cantwell, C.W. Litton. Brillouin scattering study of ZnO. J. Appl. Phys. 94, 968 (2003).

https://doi.org/10.1063/1.1586466

32. S. Berri. First-principles calculations to investigate structural, electronic,half-metallic and thermodynamic properties of hexagonal UX2O6 (X = Cr,V) compounds. J. Sci. Adv. Mater. Devices 4, 319 (2019).

https://doi.org/10.1016/j.jsamd.2019.05.002

33. D.E. Gray. AIP Handbook, 3rd ed. (Mc-Graw Hill Book Co. Inc., 1965) [ISBN: 2674298170].

Завантаження

Опубліковано

2025-11-26

Номер

Том 70 № 11 (2025)

Розділ

Структура речовини

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.

Як цитувати

Теоретичне дослідження механічних та термофізичних властивостей механолюмінесцентного матеріалу з частковою заміною Li в LixZn1–xO:Nd3+ (0 ≤ x ≤ 0,44). (2025). Український фізичний журнал, 70(11), 805. https://doi.org/10.15407/ujpe70.11.805