Особливості спектрів інфрачервоного відбивання матеріалів на основі ZrO2 з різною кристалічною будовою
The application of infrared reflectance (IRR) spectroscopy to identify crystalline phases in ZrO2-based materials has been demonstrated. Experimental spectra of powders and ceramics with different structures are presented, and theoretical models are proposed for approximating the IRR spectra on the...
Збережено в:
| Дата: | 2026 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська Українська |
| Опубліковано: |
Publishing house "Academperiodika"
2026
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023876 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Journal of Physics |
Репозитарії
Ukrainian Journal of Physics| _version_ | 1865214159154577408 |
|---|---|
| author | Khomenkov, D.V. Melnichuk, L.Yu. Melnichuk, O.V. |
| author_facet | Khomenkov, D.V. Melnichuk, L.Yu. Melnichuk, O.V. |
| author_sort | Khomenkov, D.V. |
| baseUrl_str | https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-05-11T07:35:14Z |
| description | The application of infrared reflectance (IRR) spectroscopy to identify crystalline phases in ZrO2-based materials has been demonstrated. Experimental spectra of powders and ceramics with different structures are presented, and theoretical models are proposed for approximating the IRR spectra on the basis of the frequency dependence of the dielectric permittivity described by the Helmholtz–Kettler formula. Calculations were performed using the Kramers–Kronig relations. Models with one, five, and seven oscillators were used to describe the cubic, tetragonal, and monoclinic ZrO2 phases, respectively. Simulations were performed while taking the phonon damping coefficients into account. The results obtained showed a pronounced reflectance minimum in the high-frequency spectral interval. Its spectral position corresponds to the highfrequency edge of the “residual-ray band”, which is specific to different phases. This minimum appears in the interval of 710–720 cm−1 for cubic ZrO2, 790–800 cm−1 for tetragonal ZrO2, and 820–840 cm−1 for monoclinic ZrO2. It was shown that phonon damping coefficients affect the shape of the IRR spectrum, but have only a minor effect on the spectral position of the high-frequency minimum. This circumstance, together with an analysis of the spectral shape, can serve as a reliable spectral marker for the identification of crystalline phases. Fitting the experimental spectra made it possible to evaluate the static and high-frequency dielectric constants, the frequencies of transverse and longitudinal optical phonons, and the corresponding damping coefficients for ZrO2-based powders and ceramics with various crystal structures. |
| doi_str_mv | 10.15407/ujpe71.5.455 |
| first_indexed | 2026-05-15T01:00:38Z |
| format | Article |
| id | ujp2-article-2023876 |
| institution | Ukrainian Journal of Physics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English Ukrainian |
| last_indexed | 2026-05-15T01:00:38Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | Publishing house "Academperiodika" |
| record_format | ojs |
| spelling | ujp2-article-20238762026-05-11T07:35:14Z Peculiarities in the Infrared Reflectance Spectra of ZrO2-Based Materials with Different Crystalline Structures Особливості спектрів інфрачервоного відбивання матеріалів на основі ZrO2 з різною кристалічною будовою Khomenkov, D.V. Melnichuk, L.Yu. Melnichuk, O.V. ZrO2 кристалiчна структура коливальнi спектри iнфрачервона спектроскопiя вiдбивання моделювання ZrO2 crystal structure vibrational spectra infrared reflectance spectroscopy simulation The application of infrared reflectance (IRR) spectroscopy to identify crystalline phases in ZrO2-based materials has been demonstrated. Experimental spectra of powders and ceramics with different structures are presented, and theoretical models are proposed for approximating the IRR spectra on the basis of the frequency dependence of the dielectric permittivity described by the Helmholtz–Kettler formula. Calculations were performed using the Kramers–Kronig relations. Models with one, five, and seven oscillators were used to describe the cubic, tetragonal, and monoclinic ZrO2 phases, respectively. Simulations were performed while taking the phonon damping coefficients into account. The results obtained showed a pronounced reflectance minimum in the high-frequency spectral interval. Its spectral position corresponds to the highfrequency edge of the “residual-ray band”, which is specific to different phases. This minimum appears in the interval of 710–720 cm−1 for cubic ZrO2, 790–800 cm−1 for tetragonal ZrO2, and 820–840 cm−1 for monoclinic ZrO2. It was shown that phonon damping coefficients affect the shape of the IRR spectrum, but have only a minor effect on the spectral position of the high-frequency minimum. This circumstance, together with an analysis of the spectral shape, can serve as a reliable spectral marker for the identification of crystalline phases. Fitting the experimental spectra made it possible to evaluate the static and high-frequency dielectric constants, the frequencies of transverse and longitudinal optical phonons, and the corresponding damping coefficients for ZrO2-based powders and ceramics with various crystal structures. У цiй роботi продемонстровано застосування спектроскопiї iнфрачервоного вiдбивання для iдентифiкацiї кристалiчних фаз у матерiалах на основi ZrO2. Наведено експериментальнi спектри порошкiв та керамiки з рiзною будовою, а також запропоновано теоретичнi моделi для апроксимацiї спектрiв IЧ-вiдбивання на основi частотної залежностi дiелектричної проникностi, описаної формулою Гельмгольца–Кеттлера. Розрахунки виконувалися iз застосуванням спiввiдношень Крамерса–Кронiга. Для опису кубiчної, тетрагональної та моноклiнної фаз ZrO2 використовувалися моделi з одним, п’ятьма й сiмома осциляторами, вiдповiдно. Проведено моделювання з урахуванням коефiцiєнтiв затухання фононiв. Отриманi результати показали наявнiсть вираженого мiнiмуму вiдбивання у високочастотнiй областi спектра. Його спектральне положення вiдповiдає високочастотнiй межi смуги “залишкових променiв”, яка є специфiчною для рiзних фаз. Цей мiнiмум з’являється в дiапазонах 710–720 см−1 для кубiчного ZrO2, 790–800 см−1 для тетрагонального ZrO2 i 820–840 см−1 для моноклiнного ZrO2. Показано, що коефiцiєнти затухання фононiв впливають на форму спектра IЧ-вiдбивання, але чинять лише незначний вплив на спектральне положення високочастотного мiнiмуму. Цей фактор разом з аналiзом форми спектра може бути надiйним спектральним маркером для iдентифiкацiї кристалiчних фаз. Аналiз експериментальних спектрiв дав змогу оцiнити статичну й високочастотну дiелектричнi проникностi, частоти поперечних i поздовжнiх оптичних фононiв та вiдповiднi коефiцiєнти затухання для порошкiв i керамiки з рiзною кристалiчною будовою на основi ZrO2. Publishing house "Academperiodika" 2026-05-11 Article Article Original Research Article (peer-reviewed) Оригінальна дослідницька стаття (з незалежним рецензуванням) application/pdf application/pdf https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023876 10.15407/ujpe71.5.455 Ukrainian Journal of Physics; Vol. 71 No. 5 (2026); 455 Український фізичний журнал; Том 71 № 5 (2026); 455 2071-0194 2071-0186 10.15407/ujpe71.5 en uk https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023876/3506 https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023876/3507 Copyright (c) 2026 Bogolyubov Institute for Theoretical Physics, National Academy of Sciences of Ukraine |
| spellingShingle | ZrO2 кристалiчна структура коливальнi спектри iнфрачервона спектроскопiя вiдбивання моделювання Khomenkov, D.V. Melnichuk, L.Yu. Melnichuk, O.V. Особливості спектрів інфрачервоного відбивання матеріалів на основі ZrO2 з різною кристалічною будовою |
| title | Особливості спектрів інфрачервоного відбивання матеріалів на основі ZrO2 з різною кристалічною будовою |
| title_alt | Peculiarities in the Infrared Reflectance Spectra of ZrO2-Based Materials with Different Crystalline Structures |
| title_full | Особливості спектрів інфрачервоного відбивання матеріалів на основі ZrO2 з різною кристалічною будовою |
| title_fullStr | Особливості спектрів інфрачервоного відбивання матеріалів на основі ZrO2 з різною кристалічною будовою |
| title_full_unstemmed | Особливості спектрів інфрачервоного відбивання матеріалів на основі ZrO2 з різною кристалічною будовою |
| title_short | Особливості спектрів інфрачервоного відбивання матеріалів на основі ZrO2 з різною кристалічною будовою |
| title_sort | особливості спектрів інфрачервоного відбивання матеріалів на основі zro2 з різною кристалічною будовою |
| topic | ZrO2 кристалiчна структура коливальнi спектри iнфрачервона спектроскопiя вiдбивання моделювання |
| topic_facet | ZrO2 кристалiчна структура коливальнi спектри iнфрачервона спектроскопiя вiдбивання моделювання ZrO2 crystal structure vibrational spectra infrared reflectance spectroscopy simulation |
| url | https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023876 |
| work_keys_str_mv | AT khomenkovdv peculiaritiesintheinfraredreflectancespectraofzro2basedmaterialswithdifferentcrystallinestructures AT melnichuklyu peculiaritiesintheinfraredreflectancespectraofzro2basedmaterialswithdifferentcrystallinestructures AT melnichukov peculiaritiesintheinfraredreflectancespectraofzro2basedmaterialswithdifferentcrystallinestructures AT khomenkovdv osoblivostíspektrívínfračervonogovídbivannâmateríalívnaosnovízro2zríznoûkristalíčnoûbudovoû AT melnichuklyu osoblivostíspektrívínfračervonogovídbivannâmateríalívnaosnovízro2zríznoûkristalíčnoûbudovoû AT melnichukov osoblivostíspektrívínfračervonogovídbivannâmateríalívnaosnovízro2zríznoûkristalíčnoûbudovoû |