Structural, Physical, and Thermodynamic Properties of Aragonitic CaxSr1–xCO3 Solid Solutions

混合焓 拉曼光谱 密度泛函理论 量热法 结构精修 材料科学 热力学 化学 焓 固溶体 相(物质) 体积模量 相变 结晶学 晶体结构 计算化学 有机化学 物理 光学
作者
Dominik Spahr,Jannes König,Lkhamsuren Bayarjargal,Victor Milman,Martin Persson,Björn Winkler
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:125 (31): 17474-17481 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.1c04703
摘要

Single-phase CaxSr1–xCO3 solid solutions with an aragonite structure and x = 0–1 were obtained by precipitation synthesis and characterized with respect to their structural, physical, and thermodynamic properties. While there is no measurable excess volume of mixing, relaxation microcalorimetry showed a noticeable excess enthalpy of mixing, ΔH298ex. While the values determined here are much smaller than those obtained in an earlier study by solution calorimetry, they are consistent with the results of density functional theory (DFT)-based calculations. A combination of Raman spectroscopy and atomistic modeling confirms the finding based on the analysis of the diffraction data that there is no ordering of the Ca and Sr atoms. For the atomistic models, both quasi-random special structures and the virtual crystal approximation were employed. The dependence of the bulk modulus on composition was obtained by fitting an equation of state (EOS) to high-pressure synchrotron powder diffraction data and by DFT-based calculations, where stress–strain and compression data were employed. Both, the experimental and the DFT pressure-dependent data show an anomalous pressure-induced elongation of the b-axis around 20–30 GPa, depending on composition, but no structural pressure-induced phase transition until 40 GPa, the highest pressure investigated here.

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