Extended versus small defect equilibria in non-stoichiometric rutile. II. Structural mechanisms for dissolution and reprecipitation of extended defects

Abstract

High-resolution electron micrographs are presented of a specimen of TiO1.9966, which is previously heated at 750 °C in an electron microscope, in order to dissolve extended defects. This reveals the size and distribution of the small (⪅ 1 nm diameter) defects produced following dissolution of crystallographic shear planes, and also during cooling of the specimen to room temperature. The observed dissolution and reprecipitation phenomena are discussed in terms of new models for the small defects, traditionally cation interstitial and/or oxygen vacancy defects, responsible for the nonstoichiometric phase TiO2−x. Asymmetry between precipitation and dissolution mechanisms should lead to temperature hysteresis. On présente ici les résultats d'une étude par microscopie électronique à haute résolution effectuée sur un échantillon de rutile réduit TiO1,9966 auparavant chauffé à 750 °C de façon à dissoudre les défauts étendus qu'il contenait. Les micrographies révèlent la taille (⪅ 1 nm) et la distribution des petits défauts formés durant la dissolution des plans de cisaillement cristallographique et pendant le refroidissement de l'échantillon jusqu'à température ambiante. Les phénomènes observés lors de la dissolution et la re-précipitation sont discutés en termes de nouveaux modèles structuraux pour les petits défauts, traditionnellement dénommés interstitiel cationique et/ou lacune d'oxygène, existant dans la phase non-stoechiométrique TiO2−x. L'assymétrie entre les mécanismes de dissolution et de précipitation conduit à un phénomène d'hystérésis.