Интерметаллиды

Краткая характеристика

Интерметаллиды – химические соединения двух или нескольких металлов между собой. Для интерметаллидов характерна металлическая кристаллическая решетка, отличная от структур исходных металлов. В металлических кристаллах ядра атомов расположены таким образом, чтобы их упаковка была как можно более плотной. Связь в таких кристаллах является делокализованной и распространяется на весь кристалл.

Среди соединений различают два типа: валентные и электронные.

Валентные интерметаллиды образованы металлами с заметно отличающимися значениями электроотрицательностей. Формула интерметаллидов отвечает валентностям входящих в состав элементов, например, MgCu2, Mg3Al2, Na4Sn и т.д. Связь в таких соединениях ковалентно-полярная; поляризуемость связей растет с уменьшением разности электроотрицательности атомов.

В электронных соединениях элементы не проявляют своих характерных степеней окисления. Их состав определяется формальной электронной концентрацией (ФЭК), т.е. отношением числа валентных электронов к числу взаимодействующих атомов в формуле. Большинство известных электронных соединений можно отнести к трем типам свойственными им кристаллическими решетками: ФЭК = 3/2 (β-фазы Юм-Розери структурных типов β-латуни), ФЭК = 21/13 (γ-фазы со структурой типа γ-латуни) и ФЭК = 7/4 (ε-фазы структурного типа ε-латуни).

Описание и систематизация кристаллических структур интерметаллидов обусловлена геометрическими и топологическими особенностями кристаллической решетки. Методы описания структур интерметаллидов:

 

  1. с помощью атомных сеток;
  2. в виде плотнейшей упаковки сферических частиц;
  3. с помощью координационных полиэдров;
  4. с помощью кластеров.

Металлические кристаллы обладают высокой электрической проводимостью и теплопроводностью, металлическим блеском и непрозрачностью, легкой деформируемостью. Интерметаллиды находят широкое применение в качестве конструкционных материалов для различного рода техники благодаря высокой удельной прочности, жаропрочности и жаростойкости. В интерметаллидах также можно получить высокий уровень механических и специальных свойств с помощью различных видов упрочняющей термической обработки путем управления механизмом и кинетикой фазовых превращений и структурообразования.

Основные достижения последних лет

Реализация тех или иных структурных мотивов является ключевой в современной кристаллохимии интерметаллидов. В настоящее время квантово-механические методы успешно используются для моделирования изолированных кластеров. Большинство полученных таким образом результатов моделирования кластеров собраны в Кембриджской базе данных по кластерам (The Cambridge Energy Landscape Database). Зачастую кластеры, смоделированные квантово-механическим путем, встречаются в структурах реальных интерметаллидов.

Геометрико-топологический анализ интерметаллидов учитывает связность выделенных кластеров друг с другом, что обеспечивает более полное понимание закономерностей их строения.

Кроме того, выдвигаются идеи по методам прогнозирования новых интерметаллических фаз, которые основаны на использовании компьютерных программ.

Основные нерешенные задачи

1. Выработка закономерностей формирования структурных мотивов в интерметаллидах.

 

2. Рекомендации о возможности формирования новых металлических нанокластеров.

 

3. Поиск структур со схожими физико-химическими свойствами.

 

4. Синтез интерметаллидов с заданными физико-химическими свойствами.

Список основных литературных источников и интернет-ресурсов

1. Pearson W. B. The Crystal Chemistry and Physics of Metals and Alloys; Wiley−Interscience: New York, 1972.

2. Современная кристаллография: В 4 т / Под ред. Вайнштейна Б.К., Фридкина В.М., Инденбома В.Л. М.: Наука, 1979 – 1982.

3. Вест А. Химия твердого тела. Теория и приложения. Т. 1-2. М.: Мир. 1988.

4. Уэллс А. Структурная неорганическая химия. Т. 1-3. М.: Мир. 1987 — 1988.

6. Lord E. A., Mackay A. L., Ranganathan, S. New Geometries for New Materials; Cambridge University Press: Cambridge, U.K., 2006.

7. Mizutani U. Introduction to the Electron Theory of Metals. UK: Cambridge University Press, 2001.

8. Ferro R., Saccone A. Intermetallic Chemistry. UK: Elsevier, 2008.

9. Mizutani U. Hume-Rothery Rules for Structurally Complex Alloy Phases. US: CRC Press Taylor and Francis Group, 2011.

11. O’Keefe M., Peskov M. A., Ramsden S.J., Yaghi O. M. //Acc. Chem. Res. 2008. V. 41. N12. P. 1782-1789; http://rcsr.anu.edu.au/.

12. Blatov V. A., Shevchenko A. P., Proserpio D. M. Applied Topological Analysis of Crystal Structures with the Program Package ToposPro. // Crystal Growth and Design. 2014. V. 14. P. 3576-3586; http://topospro.com/.

13. Wales D. J., Doye J. P. K., Dullweber A., Hodges M. P., Naumkin F. Y., Calvo F., Hernández-Rojas J., Middleton T. F. The Cambridge Energy Landscape Database; http://www-wales.ch.cam.ac.uk/CCD.html.

14. Belsky A., Hellenbrandt M., Karen V. L., Luksch P. // Acta Crystallogr., Sect. B. 2002. V. 58. P. 364. http://www.fiz-karlsruhe.de/icsd_home.html

15. Villars P., Cenzual K. Pearson’s Crystal Data−Crystal Structure Database for Inorganic Compounds (on CD-ROM); ASM International: Materials Park, OH, 2009.

Конференции и школы, которые должны состояться в ближайшем будущем

1. Fundamental diffusion processes and reactions in engineering materials

22 – 26 июня. 2015 г. Мюнхен (Германия)

http://www.dsl-conference.com/ss2.html/

 

2. Ti-2015: The 13th World Conference on Titanium

16-20 августа 2015 г. Сан-Диего (США)

http://www.tms.org/meetings/2015/Ti2015/home.aspx#.VQhrrI7z384/

 

3. 15th European conference on solid state chemistry

23-26 августа 2015 г. Вена (Австрия)

http://ecssc15.univie.ac.at/

 

4. Multinational Congress on Microscopy

23-28 августа 2015 г. Эгер (Венгрия)

http://www.mcm2015.com/

 

5. Intermetallics 2015

28 сентябрь – 2 октябрь 2015г. Бад-Штаффельштайн (Германия)

http://www.intermetallics-conference.de/

 

6. Advances in Materials & Processing Technologies Conference

14-17 декабря 2015 г. Мадрид (Испания)

http://ampt2015.org/

 

Наиболее интересные свежие публикации

  1. Blatov V. A. // Struct. Chem. 2012. V. 23. P. 955-963.
  2. Shevchenko V. Ya., Blatov V. A., Ilyushin G. D. // Struct. Chem. 2009. V. 20. P. 975.
  3. Панкова А. А., Илюшин Г. Д., Блатов В. А.  // Кристаллография. 2012. Т. 57. №1. С. 5-13.
  4. Pankova A. A., Blatov V. A., Ilyushin G. D., Proserpio D. M. // Inorganic Chemistry. 2013. V.52. No. 22. P. 13094-13107.
  5. Jana P. P., Pankova A. A., Lidin S. // Inorganic Chemistry. 2013. V.52. No. 19. P. 11110-11117.
  6. Бурханов Г.С., Киселева Н.Н. // Успехи химии. 2009. Т. 78. N6. С. 615-634.
  7. Dshemuchadse, D. Y. Jung, W. Steurer, // Acta Cryst. B. 2011. V. 67. P. 269–292.
  8. Solokha P, De Negri S, Proserpio D. M, Blatov V. A, Saccone A. // Inorganic Chemistry. 2015. V. 54. No. 5. P. 2411-2424.
  9. Kong C. S., Villars P., Iwata S., Rajan K. // Computational Science & Discovery. 2012. V. 5. No. 1. P. 015004.
  10. P öttgen R. // Z. Anorg. Allg. Chem. 2014. V. 640. No. 5. P. 869-891.
  11. Thimmaiah S., Miller G. J. // Chem. Eur. J. 2010. V. 16. P. 5461-5471.
  12. Wuttig M., Lüsebrink D., Wamwangi D., Wojciech Westrokenic, Gilleßen M., Dronskowski D. // Nature Materials. 2007. V. 6. P. 122-128.