Параметры решетки криосплавов CO₂–Kr

Abstract

С помощью метода трансмиссионной электронографии были исследованы структуры криосплавов CO₂–Kr во всей области взаимных концентраций. Осаждение газообразных образцов осуществлялось из баллона, имеющего комнатную температуру, на подложки, охлажденные до 30 К. Тракт подачи был теплоизолирован от криогенных экранов. Обнаружена аномальная зависимость параметра решетки a от мольного содержания криптона x в исходной газовой смеси; в частности, на зависимости a(x) имеется участок, который в пределах ошибки можно считать минимумом. Максимальная растворимость криптона в кристалле двуокиси углерода составляет 38 мол.%, растворимость CO₂ в кристалле Kr мала. Совокупность экспериментальных данных дает нам основание считать, что фазовый состав как функция x имеет следующие области: 1) 0≤x≤0,38 — регулярный раствор Kr в CO₂; 2) 0,38≤x≤0,6 — смесь регулярного раствора с критической концентрацией xcr=0,38 и нановключений почти чистого Kr; 3) 0,6≤x≤1 — смесь почти чистого Kr с нановключениями раствора с xcr. Предложено теоретическое объяснение аномального поведения зависимости a(x) при x≤20 мол.%, основанное на кластерной модели и учитывающее три механизма взаимодействия кластеров Kr с кристаллическим окружением CO₂.

За допомогою методу трансмісійної електронографії досліджено структуру кріосплавів CO₂–Kr в усьому інтервалі взаємних концентрацій. Осадження газоподібних зразків здійснювалось із балона, який мав кімнатну температуру, на підкладки, що були охолоджені до 30 К. Тракт подачі газової суміші було теплоізольовано від кріогенних екранів. Виявлено аномальну залежність параметра гратки а від мольного вмісту криптону х у вихідній газовій суміші; зокрема, на залежності а(х) спостерігається ділянка, яку у межах похибки можна вважати мінімумом. Максимальна розчинність криптону у кристалі двоокису вуглецю складає 38 мол.%, розчинність CO₂ у кристалі Kr мала. Сукупність експериментальних даних дає нам підставу стверджувати, що фазовий склад як функція концентрації криптону має такі ділянки: 1) 0≤х≤0,38 — регулярний розчин Kr в CO₂; 2) 0,38≤х≤0,6 — суміш регулярного розчину з критичною концентрацією хcr=0,38 та нановключень майже чистого криптону; 3) 0,6≤х≤1 — суміш майже чистого Kr з нановключеннями розчину з хcr. Запропоновано теоретичне пояснення аномальної поведінки залежності а(х) при х≤20 мол.%, яке базується на кластерній моделі та враховує три механізми взаємодії кластерів Kr з кристалічнім оточенням СО₂.

The transmission electron diffraction method was employed to study the structure of CO₂–Kr cryoalloys over the entire range of mutual concentrations. The gaseous samples was deposited from a room temperature vessel onto substrates cooled to 30 K. The filling tract was thermally isolated from the cryogenic shields. The lattice parameter а as a function of molar content х in the source gas mixture showed an unusual behavior, in particular, the а(х) dependence contained an interval, where this dependence within the error bars has a minimum. The ultimate solubility of Kr in solid CO₂ is 38 mol.%, the solubility of CO₂ in Kr is negligible. Our experimental data allows us to state that the phase composition as a function of х can be separated into the following regions: 1) 0≤х≤0.38 — a regular solid solution of Kr in CO₂; 2) 0.38≤х≤0.6 — a mixture of the regular solution of critical concentration хcr=0.38 and nanoinclusions of almost pure krypton; 3) 0.6≤х≤1 — a mixture of almost pure krypton and nanoinclusions of the regular solution of хcr. The anomalous behavior of the dependence а(х) with х≤20 mol.% is explained within a cluster approach which accounts three mechanisms of interaction of krypton clusters with their CO₂ environment.