Estrutura e propriedades elásticas das fases alpha e gama do ZrW2O8 - Figueirêdo, Camila Araújo de (My University, 2015)
The crystalline structure and some elastic properties of the a and g phases of zirconium tungstate, ZrW2O8, were calculated according to Density Functional Theory using the B3LYP functional (DFT/B3LYP). The structure of a-ZrW2O8, was optimized at different pressures and its elastic constants were estimates. The interatomic iterations, ranked in terms of bond compressibilities, decrease according to the sequence W-O > Zr· · ·W > Zr-O. The tetrahedra around tungsten atoms are found to be much stiffer than the ZrO6 octahedra. These latter are, in fact, more compressible than the a-ZrW2O8 unit cell. The elastic constants calculated in the athermal limit are in excellent agreement with recent experimental results obtained near 0 K. The compression mechanism around W1 and W2 atoms is quite different. While the former can be described essentially in terms of a correlated polyhedral rotation, the latter involves correlated rotation of the first coordination polyhedra and translation of WO4 units downward along the < 111> axis. As far as these modes of deformation should bear some resemblance to the low-energy modes responsible for the negative thermal expansion in zirconium tungstate, this result can shed some light on the microscopic mechanism behind this phenomenon. The structure of g-ZrW2O8 was optimized at ambient pressure and for V/V0 = 0.97 (threshold of the g ® amorphous phase transition) aiming to study the evolution of the structure of this phase with the pressure and the pressure induced amorphization mechanism. A reduction of 3 % in the volume of the unit cell leads to a variation greater than 1,5 % in the interatomic distances between the terminal atoms and the tungsten of the nearest tetrahedron. Therefore, it is expected that the reduction of 15 % in the molar volume with the g ® amorphous transition promotes the formation of new W-O bonds, which would be responsible for the metaestable retention of the amorphous phase upon pressure release.
As estruturas cristalinas e algumas propriedades elásticas das fases a e g do tungstato de zircônio, ZrW2O8, foram calculadas de acordo com a Teoria do Funcional da Densidade Eletrônica usando o funcional B3LYP (DFT/B3LYP). Para a fase a-ZrW2O8, a estrutura foi otimizada em diferentes pressões e suas constantes elásticas foram estimadas. As interações interatômicas, ordenadas em termos das compressibilidades das ligações, diminuem de acordo com a seqüência W-O > Zr· · ·W > Zr-O. O tetraedro em torno dos átomos do tungstênio é muito mais rígido do que os octaedros de ZrO6. Estes últimos são, de fato, mais compressíveis que a cela unitária da fase a-ZrW2O8. As constantes elásticas calculadas no limite atérmico estão em excelente acordo com os recentes resultados experimentais obtidos próximo de 0 K. O mecanismo de compressão em torno dos átomos W1 e W2 é completamente diferente. Enquanto o primeiro é descrito essencialmente em termos de uma rotação correlacionada dos poliedros, o último envolve a rotação correlacionada dos poliedros de primeira coordenação e a translação das unidades WO4 para baixo, ao longo dos eixos < 111>. Na medida em que estes modos de deformação são semelhantes aos modos de baixa energia responsáveis pela expansão térmica negativa do tungstato de zircônio, este resultado pode auxiliar na elaboração do mecanismo microscópico responsável por este fenômeno. Para a fase g-ZrW2O8 foram otimizadas as estruturas a pressão ambiente e para V/V0 = 0,97 (limiar da transição de fase g ® amorfa) com o objetivo de estudar a evolução da estrutura desta fase com a pressão e obter indícios sobre o mecanismo de amorfização induzida por altas pressões. Com a redução de 3% no volume da cela unitária ocorre uma variação maior que 1,5% nas distâncias interatômicas entre o oxigênio terminal de um determinado poliedro com o átomo de tungstênio do poliedro vizinho. Portanto, é esperado que a redução de 15% no volume molar com a transição g ® amorfa promova a formação de novas ligações W-O, responsáveis pela retenção metaestável da fase amorfa após alívio da pressão.
Keywords: Tungstato de zircônio; Material cerâmico; Zirconium tungstate; Ceramic materials