Synthese, strukturelle und physikalische Charakterisierung von Seltenerdcarbiden

Wandner, Derk (2007). Synthese, strukturelle und physikalische Charakterisierung von Seltenerdcarbiden. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Es wurden die Seltenerddicarbide SEC2 (mit SE = Eu, Yb, Sm, Tb, Gd, Nd) oxidfrei synthetisiert und das temperaturabhängige Phasenverhalten mittels Synchrotronstrahlung untersucht. Diese Verbindungen kristallisieren mit Ausnahme des EuC2 bei Raumtemperatur im tetragonalen CaC2-Typ (I4/mmm; Z = 2). Für Europiumdicarbid wurde bei Raumtemperatur eine in der Literatur bislang unbekannte monokline Phase erhalten, die im ThC2-Typ (C2/c, Z = 4) kristallisiert. Bei 638 K kommt es bei der Europiumverbindung zu einem Phasenübergang in eine tetragonale Modifikation (I4/mmm, Z = 2) und bei 648 K in eine kubische Hochtemperaturmodifikation (Fm-3m, Z = 4). Beide Phasenübergänge verlaufen nach erster Ordnung. Die temperaturabhängige Untersuchung von YbC2 zeigt bei 1023 K einen Phasenübergang erster Ordnung von der tetragonalen Modifikation (I4/mmm, Z = 2) in eine, in der Literatur bislang nicht bekannte Hochtemperaturmodifikation (Fm-3m, Z = 4). Außerdem wurden Mischkristallverbindungen des Typs Sr1-xEuxC2 dargestellt und mittels Synchrotronstrahlung untersucht. Dabei wurden verschiedene Zusammensetzungsverhältnisse von Strontium zu Europium eingesetzt (Sr : Eu = 10 : 1, 5 : 1, 3 : 1, 2 : 1, 1 : 1), wobei die Strontiumreichen-Phasen bei Raumtemperatur im tetragonalen CaC2-Typ und die Europiumreichen-Phasen im monoklinen ThC2-Typ kristallisieren. Die Verbindungen Sr0,91Eu0,09C2 und Sr0,5Eu0,5C2 wurden temperaturabhängig mit Synchrotronstrahlung untersucht und mit dem temperaturabhängigen Phasenverhalten von SrC2 und EuC2 verglichen. Die Valenz des Ytterbiums in YbC2 von +2 wurde durch magnetochemische Messungen bestimmt. Mößbauer-Messungen und magnetochemische Messungen lassen auch für Europium in EuC2 eine Valenz von + 2 vermuten. Außerdem zeigt EuC2 bei Messungen des elektrischen Widerstandes einen ausgeprägten CMR-Effekt. Messungen der magnetischen Suszeptibilitäten und der Magnetisierung unter erhöhten Drücken lassen für Europiumdicarbid einen kleinen Einfluss auf die Valenz des Europiums bei einem Druck von 10 kbar beobachten. Versuche zur Darstellung ternärer Seltenerdcarbide des Typs ASE(III)(C2)2 (mit A = Alkalimetalle) und EASE(II)(C2)2 (mit EA = Erdalkalimetalle) scheiterten.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Synthesis, structural and physical characterisation of rare-earth carbides	English

Translated abstract:

Abstract

Language

The rare-earth dicarbides (SE = Eu, Yb, Sm, Tb, Gd, Nd) were synthesised without oxides and the temperature-dependant phase behaviour was investigated through synchrotron radiation. At room temperature these compounds crystallize with the exception of EuC2 in the tetragonal CaC2-type structure (I4/mmm, Z = 2). A monoclinic phase, not yet known in the literature, was found for the Europiumdicarbide, which crystallizes in the ThC2-type structure (C2/c, Z = 4) at room temperature. For this Europium compound there is a phase transition into the tetragonal modification (I4/mmm, Z = 2) at 638 K and into the cubic high temperature modification (Fm-3m, Z = 4) at 648 K. Both are first order transitions. A temperature-dependant investigation of YbC2 shows a first order transition from the tetragonal modification into the high temperature modification (Fm-3m, Z = 4) at 1023 K, which is not yet known in the literature. Besides solid solutions of the compounds Sr1-xEuxC2 were obtained and analysed through synchrotron radiation. Therefor different composition ratios of Strontium and Europium were used (Sr : Eu = 10 : 1, 5 : 1, 3 : 1, 2 : 1, 1: 1). At room temperature the Strontium rich phases crysallize in the tetragonal CaC2-type structure, the Europium rich phases in the monoclinic ThC2-type structure. The compounds Sr0,91Eu0,09C2 and Sr0,5Eu0,5C2 were examined temperature-dependant through synchrotron radiation and compared to the temperature-dependant phase behaviour of SrC2 and EuC2. The valence state + 2 of the Ytterbium in the YbC2 compound was determined by magnetochemistry measurements. Because of the results of Moessbauer and magnetochemistry measurements a valence state of + 2 for the Europium in EuC2 is assumed as well. Besides EuC2 shows a strongly developed CMR-effect for measurements of the electrical resistance. Only a small effect on the valence state of the Europium in Europiumdicarbide at a pressure of 10 kbar was observed through measurements of magnetic susceptibilities and magnetism under increased pressure. Attempts to synthesise the ternary rare-earth carbides ASE(III)(C2)2 (A = alkaline metals) and EASE(II)(C2)2 (EA = alkaline-earth metals) failed.

English

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