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High-pressure Raman and X-ray diffraction study of phase transitions in PbSiO3 polymorphs

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Autor(es):
Rodrigues, Ariano De Giovanni ; da Cunha, Thiago Rodrigues ; Pena, Rafaella Bartz ; Kaneko, Ulisses Ferreira ; Pinho, Lucas Max Estrela ; Moulton, Benjamim John Albert ; Pizani, Paulo Sergio
Número total de Autores: 7
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: CERAMICS INTERNATIONAL; v. 52, n. 1, p. 9-pg., 2025-01-25.
Resumo

The objective of this study is to determine the phase transformations of the PbSiO3 (PS) polymorphs, as a function of hydrostatic pressure. Using in situ high-pressure Raman spectroscopy and synchrotron X-ray diffraction, we analyze the structural evolution of three PS polymorphs corresponding to successive stages of its temperature-driven crystallization from a melt precursor: the monoclinic alamosite, the hexagonal, and a metastable low-symmetry phase. Pressure-induced transitions occur in the monoclinic and hexagonal poly-morphs at similar to 5 GPa, whereas the low-symmetry phase shows the onset of structural disorder near 8 GPa. All polymorphs destabilize above 18 GPa. The determination of the third-order Birch-Murnaghan isothermal equation of state yielded bulk moduli and first derivatives of B-0 = 52 GPa, B-0' = 10 for alamosite, and B-0 = 48 GPa, B-0' = 6 for the hexagonal phase. These results provide fundamental insights into the compression mechanisms of the lead-silicate phases and yield essential parameters for thermodynamic modeling. From an applied perspective, we demonstrate that moderate pressures, accessible with large-volume presses, can effectively modulate the crystallization pathway by inducing phase transitions that alter the relative energy of the crystallization stages - an approach that may extend to other silicate systems. (AU)

Processo FAPESP: 21/13974-0 - Estudos em altas pressões hidrostáticas de vidros silicatos
Beneficiário:Ariano De Giovanni Rodrigues
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
Processo FAPESP: 19/12383-8 - Estudo de propriedades estruturais e vibracionais de materiais vítreos e vitrocerâmicos via espalhamento Raman em função da temperatura e de altas pressões hidrostáticas.
Beneficiário:Thiago Rodrigues da Cunha
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Processo FAPESP: 17/11025-5 - Efeitos de altas pressões nas propriedades estruturais e dinâmicas de perovskitas
Beneficiário:Ariano De Giovanni Rodrigues
Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
Processo FAPESP: 13/07793-6 - CEPIV - Centro de Ensino, Pesquisa e Inovação em Vidros
Beneficiário:Edgar Dutra Zanotto
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
Processo FAPESP: 17/11868-2 - Correlação entre estrutura e propriedades ópticas de materiais vitrocerâmicos da série (Ax,A'1-x)O + SiO2 (A,A'= Pb,Ni,Co,Cr) submetidos a altas pressões hidrostáticas
Beneficiário:Rafaella Bartz Pena
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto