Nghiên cứu 29Si MAS NMR về quá trình vô định hình dưới nhiệt độ chuyển thủy tinh của stishovite ở áp suất môi trường

Physics and Chemistry of Minerals - Tập 19 - Trang 480-485 - 1993
Xianyu Xue1, Jonathan F. Stebbins1, Masami Kanzaki2
1Department of Geology, Stanford University, Stanford, USA
2Department of Inorganic Materials, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan

Tóm tắt

Stishovite, một dạng thù hình SiO2 ở áp suất cao, trong đó mỗi nguyên tử Si được phối hợp với sáu nguyên tử O, sẽ chuyển đổi thành một pha vô định hình khi trải qua xử lý nhiệt dưới nhiệt độ chuyển thủy tinh ở áp suất khí quyển. Chúng tôi đã áp dụng kỹ thuật phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) với góc quay ma thuật 29Si (MAS NMR) để nghiên cứu quá trình vô định hình này. Chúng tôi phát hiện rằng pha vô định hình được tạo ra sau khi nung stishovite trong vòng tối đa 3 ngày ở nhiệt độ khoảng 600 °C hoàn toàn bao gồm Si có phối trí bốn, tương tự như các kính được làm nguội từ trạng thái nóng chảy ở áp suất khí quyển. Hơn nữa, dữ liệu của chúng tôi gợi ý rằng có những khác biệt cấu trúc tinh tế giữa pha vô định hình chuyển đổi từ stishovite ở 600 °C và các kính được làm nguội từ trạng thái nóng chảy ở áp suất khí quyển: pha vô định hình từ stishovite có góc Si-O-Si trung bình ban đầu nhỏ hơn, và nó dần dần thư giãn về phía kia khi thời gian nung tăng lên. Không có thay đổi nào có thể phát hiện được trong cấu trúc stishovite ngay cả khi khoảng 80% của nó đã được chuyển đổi thành pha vô định hình. Cơ chế của quá trình vô định hình của stishovite được thảo luận dựa trên những kết quả này.

Từ khóa

#stishovite #quá trình vô định hình #29Si MAS NMR #cấu trúc vô định hình #nhiệt độ chuyển thủy tinh

Tài liệu tham khảo

Akaogi M, Navrotsky A (1984) The quartz-coesite-stishovite transformations: new calorimetric measurements and calculation of phase diagrams. Phys Earth Planet Inter 36:124–134

Brazhkin VV, Voloshin RN, Popova SV (1991) The kinetics of the transition of the metastable phases of SiO2, stishovite and coesite to the amorphous state. J Non-Cryst Solids 136:241–248

Cahn RW, Johnson WL (1986) Review: The nucleation of disorder. J Mater Res 1:724–732

Dachille F, Zeto RJ, Roy R (1963) Coesite and stishovite: stepwise reversal transformations. Science 140:991–993

Devine RAB, Dupree R, Farnan I, Capponi JJ (1987) Pressure-induced bond angle variation in amorphous SiO2. Phys Rev 835:2560–2562

Gladden LF, Carpenter TA, Elliott SR (1986) 29Si MAS NMR studies of the spin-lattice relaxation time and bond-angle distribution in vitreous silica. Philos Mag B 53:L81-L87

Hemley RJ, Jephcoat AP, Mao HK, Ming LC, Manghnani MH (1988) Pressure-induced amorphization of crystalline silica. Nature 334:52–54

Johnson WL (1986) Thermodynamic and kinetic aspects of the crystal to glass transformation in metallic materials. Prog Mater Sci 30:81–134

Kanzaki M, Stebbins JF, Xue X (1991) Characterization of quenced high pressure phases in CaSiO3 system by XRD and 29Si NMR. Geophys Res Lett 18:463–466

Kauzmann W (1948) The nature of the glassy state and the behavior of liquids at low temperatures. Chem Rev 43:219–256

Kruger MB, Jeanloz R (1990) Memory glass: an amorphous material formed from AlPO4. Science 249:647–649

Liu LG, Ringwood AE (1975) Synthesis of a perovskite-type polymorph of CaSiO3. Earth Planet Sci Lett 28:209–211

Mackenzie JD (1963) High-pressure effects on oxide glasses: II, Subsequent heat treatment. J Am Ceram Soc 46:470–476

Mishima O, Calvert LD, Whalley E (1984) “Meling ice” I at 77 K and 10 kbar: a new method of making amorphous solids. Nature 310:393–395

Oestrike R, Yang W-H, Kirkpatrick RJ, Hervig RL, Navrotsky A, Montez B (1987) High-resolution 23Na, 27Al, and 29Si NMR spectroscopy of framework aluminosilicate glasses. Geochim Cosmochim Acta 51:2199–2209

Richard G, Richet P (1990) Room-temperature amorphization of fayalite and high-pressure properties of Fe2SiO4 liquid. Geophys Res Lett 17:2093–2096

Richet P (1984) Viscosity and configuration entropy of silicate melts. Geochim Cosmochim Acta 48:471–483

Richet P (1988) Superheating, melting and vitrification through decompression of high-pressure minerals. Nature 331:56–58

Schwartz RB, Johnson WL (eds) (1988) Solid-State Amorphizing Transformations. J Less-Common Met 140

Skinner BJ, Fahey JJ (1963) Observation on the inversion of stishovite to silica glass. J Geophys Res 68:5595–5604

Smith JV, Blackwell CS (1983) Nuclear magnetic resonance of silica polymorphs. Nature 303:223–225

Stolper EM, Ahrens TJ (1987) On the nature of pressure-induced coordination changes in silicate melts and glasses. Geophys Res Lett 14:1231–1233

Tsuneyuki S, Matsui Y, Aoki H, Tsukada M (1989) New pressure-induced structural transformations in silica obtained by computer simulation. Nature 339:209–211

Tsuneyuki S, Aoki H, Matsui Y (1991) Pressure-induced structural transformations in framework crystal structures: A molecular dynamics study of silica. Mole Sim 6:227–238

Williams Q, Jeanloz R (1989) Static amorphization of anorthite at 300 K and comparison with diapletic glass. Nature 338:413–415

Wolf D, Okamoto PR, Yip S, Lutsko JF, Kluge M (1990) Thermo-dynamic parallels between solid-state amorphization and melting. J Mater Res 5:286–301

Xue X, Stebbins JF, Kanzaki M, McMillan PF, Poe B (1991) Pressure-induced silicon coordination and tetrahedral structural changes in alkali oxide-silica melts up to 12 GPa: NMR, Raman and infrared spectroscopy. Am Mineral 76:8–26

Thông tin
Thông tin xuất bản

Physics and Chemistry of Minerals

Tập 19

480-485

Thông tin tác giả