Characterization of ZrN, ZrO2 and β′–Zr7O11N2 nanoparticles synthesized by pulsed wire discharge

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作者
Do Van Lam,Hisayuki Suematsu,Toru Ogawa
出处
期刊:Journal of the American Ceramic Society [Wiley]
卷期号:100 (10): 4884-4892 被引量:8
标识
DOI:10.1111/jace.15012
摘要

Abstract Nanoparticles of ZrN, ZrO 2 and β′–Zr 7 O 11 N 2 were synthesized by pulsed wire discharge using Zr wire in various O 2 and N 2 gas mixtures with different oxygen partial pressures of up to 40 kPa and a total pressure of 100 kPa. The syntheses were carried out at a relative energy ratio ( K ) of 6.4 which was defined by a charged energy in a capacitor of the synthesis apparatus divided by the evaporation energy of the Zr wire. Morphology and phase analyses were carried out on these nanoparticles by X‐ray diffraction and field‐emission transmission electron microscopy. ZrN and Zr 2 N were observed in a sample synthesized in 100% N 2 gas while with increasing the O 2 from 1% of total pressure, formation of β′–Zr 7 O 11 N 2 and ZrO 2 was seen. By bright field image observation, electron energy loss spectroscopy (EELS) and selected area electron‐diffraction analyses, nanoparticles of ZrN, β′–Zr 7 O 11 N 2 and ZrO 2 were separately characterized. In these syntheses, nanoparticles of β′–Zr 7 O 11 N 2 existed in much smaller size and different shape than the ordinary spherical nanoparticles of ZrN and ZrO 2 . In gas mixtures where O 2 contents were larger than 22% (dry air composition), ZrN was not detected or detected with just a fractional amount compared to the two major phases of β′‐Zr 7 O 11 N 2 and ZrO 2 . EELS data for ZrN and β′–Zr 7 O 11 N 2 were obtained and compared by separated analyses of nanoparticles of these phases. From these data, it was concluded that, in nuclear accidents, small amount of particles can indicate the accident atmosphere around the Zr alloys fuel cladding.

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