Theoretical investigation of formation and diffusion mechanisms for point defects in ytterbium and lutetium silicates

氧气 晶体缺陷 材料科学 扩散 相(物质) 空位缺陷 扩散阻挡层 矿物学 结晶学 化学 兴奋剂 纳米技术 冶金 热力学 氧化物 有机化学 物理 光电子学 图层(电子)
作者
Yi Fan,Mengling Lai,Jingjing Zhao,Yun‐Chiao Yao,Lan Yang,Yuchen Liu,Yiran Li,Qian Li,Bin Liu
出处
期刊:Journal of the American Ceramic Society [Wiley]
卷期号:105 (1): 653-667 被引量:8
标识
DOI:10.1111/jace.18069
摘要

Abstract Understanding the mechanism of point defects and the oxygen vacancy diffusion in rare earth ( RE ) silicates is important to evaluate their performance as environmental barrier coatings. In this work, the defect formation energies are calculated and the similar predominant native point defect type, that is, O Frenkel defect, in RE 2 SiO 5 and RE 2 Si 2 O 7 ( RE = Yb and Lu) is uncovered. Furthermore, the nonstoichiometry related defects and phase composition in RE 2 SiO 5 and RE 2 Si 2 O 7 is also studied. For RE 2 SiO 5 , or is the predominate defect complex accompanied with the RE 2 Si 2 O 7 separation under SiO 2 ‐rich condition, while or is favorable under RE 2 O 3 ‐rich condition. In the case of RE 2 Si 2 O 7 , or is the favorable defect complex under SiO 2 ‐rich condition while or dominates the defects, accompanied with the formation of RE 2 SiO 5 , under RE 2 O 3 ‐rich case. Finally, the high oxygen migration barriers are revealed for both RE 2 SiO 5 and RE 2 Si 2 O 7 , indicating the low oxygen permeability in these silicates. These results will not only guide the future performance optimization of RE 2 SiO 5 and RE 2 Si 2 O 7 through tailoring their composition, but also suggest their potential application as oxidation protective coatings.
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