Купрат лантана как материал, обладающий переходом металл - полупроводник

 

Изобретение относится к новым химическим соединениям на основе купратов лантана, а именно: к купарату лантана состава LaCu_1-xNi_xO_3-δ где 0,15 ≅ x ≅ 0,40 0,25 ≅ δ ≅ 0,35 Материал обладает переходом "металл-полупроводник" при 273K со скачкообразным изменением электросопротивления в 44 - 51 раз. 1 ил.

Изобретение относится к новым химическим соединениям на основе оксидов меди со структурой перовскита, конкретно, к купрату лантана состава LaCu_1-x Ni_xO_{3 - δ} где 0,15 ≅ x ≅ 0,40; 0,25 ≅ δ ≅0,35, как материалу, обладающему переходом "металл-полупроводник".

Изобретение может быть использовано в электронике и СВЧ-технике.

Известен купрат лантана состава LaCuO_{3 - δ} где 0 ≅ δ ≅ 0,5, со структурой типа перовскита.

Указанный купрат обладает широкой областью гомогенности по кислороду и может быть получен при давлении кислорода 0,2-1,0 кбар с использованием в качестве исходных компонентов гидрооксидов лантана и меди. Смесь гидрооксидов медленно нагревают до 650^оС в кислороде, затем выдерживают при высоком давлении кислорода.

Недостатком купрата лантана известного состава является невозможность его практического использования, вследствие неустойчивости при нагревании в обычных условиях (в отсутствие атмосферы кислорода и высокого давления), в результате чего он распадается на ряд простых оксидов.

Задача изобретения расширить диапазон рабочих температур при использовании материалов, обладающих переходом "металл-проводник".

Поставленная задача решена путем получения нового химического соединения купрата лантана состава LaCu_1-x Ni_xO_{3 - δ} где 0,15 ≅ x ≅ 0,40; 0,25 ≅ δ ≅ 0,35, обладающего переходом "металл-полупроводник" при температуре 773К.

Купрат лантана состава LaCu_1-xNi_xO_{3 - δ} где 0,15 ≅ x ≅ 0,40; 0,25 ≅ δ ≅ 0,35 и его свойства в литературе не описаны.

Предлагаемый материал состава LaCu_1-x Ni_x O_{3 - δ} где 0,15 ≅ x ≅ 0,40; 0,25 ≅ δ ≅ 0,35, получают по обычной керамической технологии. Исходную смесь, состоящую из La₂O₃, CuO и NiО, тщательно перетирают, спрессовывают и прокаливают на воздухе при 950-1000^оС в течение 18 ч. Полученный продукт измельчают, снова спрессовывают и дополнительно отжигают при 950-1000^оС в течение 12 ч. После отжига образцы охлаждают вместе с печью до комнатной температуры. Получают купрат лантана состава LaCu_1-xNi_xO_{3 - δ} где 0,15 ≅ x ≅ 0,40; 0,25 ≅ δ ≅ 0,35, обладающий фазовым превращением со скачкообразным переходом от металлической проводимости к полупроводниковой при температуре 773К.

Состав конечного продукта контролируют методами рентгенографического и химического анализов. Электрические свойства исследуют путем измерения удельного электросопротивления в интервале 290-1173 К.

На чертеже изображена зависимость удельного электросопротивления спеченных образцов состава LaCu_1-xNi_xO_{3 - δ} где 0,15 ≅ x ≅ 0,40, 0,25 ≅ δ ≅ 0,35 от температуры на воздухе.

П р и м е р 1. 6,64 г La₂O₃; 2,43 г CuO и 0,76 г NiO перетирают, спрессовывают и прокаливают на воздухе при 950^оС в течение 18 ч. Полученный продукт перетирают, спрессовывают, а затем дополнительно прокаливают при той же температуре в течение 12 ч. Конечный продукт охлаждают с печью до комнатной температуры. Получают 10 г купрата лантана состава LaCu_0,75Ni_0,25O_2,75, имеющего кристаллическую структуру типа перовскита с параметрами ячейки при 290К: а 8,61 ± 0,01^оА, b8,44 ± 0,01^оА, С 7,87 ± 0,01^оА.

По данным измерений удельного электросопротивления (см. чертеж), при 773 К резко увеличивается электросопротивление материала, что подтверждает наличие перехода от металлической проводимости при температуре ниже 773К к полупроводниковой выше 773К. В момент перехода сопротивление возрастает в 44 раза. В процессе охлаждения материала электросопротивление скачкообразно снижается.

П р и м е р 2. 6,63 г La₂O₃; 2,75 г СuO и 0,46 г NiO готовят и обрабатывают согласно примеру 1. Получают 10 г купрата лантана состава LaCu_0,85Ni_0,15О_2,65, имеющего кристаллическую структуру типа перовскита с параметрами ячейки при 290К: а 8,63 ± 0,01^оА, b8,45 ± 0,01^оА, b 8,45 ± 0,01^оА, С7,88 ± 0,01^оА. По данным измерений удельного электросопротивления (см. чертеж) при 773 К оно увеличивается в 51 раз, что подтверждает наличие перехода от металлической проводимости к полупроводниковой.

П р и м е р 3. 6,66 г оксида La₂O₃, 1,95 г оксида CuO и 1,22 г оксида NiO перетирают, спрессовывают и прокаливают на воздухе при 1000^оС, в течение 18 ч. Полученный продукт перетирают, спрессовывают, а затем дополнительно прокаливают при этой же температуре в течение 12 ч. Образцы охлаждают с печью до комнатной температуры. Получают 10 г купрата лантана, LaCu_0,60Ni_0,40O_2,75 имеющего кристаллическую структуру типа перовскита с параметрами ячейки при 290К: а 8,60 ± 0,01^оА, b 8,40 ± 0,01^оА. По данным изменений удельного электросопротивления (см. чертеж) при 773 К оно увеличивается в 45 раз, что подтверждает наличие перехода "металл-полупроводник".

П р и м е р 4. 6,62 г оксида La₂O₃, 2,91 г оксида CuO и 0,30 г оксида NiO обрабатывают по примеру 1. Получают фазу номинального состава LaCu_0,9Ni_0,1O_{3 - δ} состоящую из La₂CuO₄:СuO и NiO. Полученный состав не обладает переходом "металл-полупроводник".

П р и м е р 5. 6,68 г оксида, Na₂O₃, 1,63 г оксида СuO и 1,53 г оксида NiO обрабатывают по п.1. Получают фазу номинального состава LaCu_0,5Ni_0,5O_{3 - δ} Испытания показывают, что материал данного состава не обладает переходом "металл-полупроводник".

Таким образом, предлагаемый материал состава LaCu_1-xNi_xO_{3 - δ}(0,15 ч 0,40) обладает обратимым фазовым переходом при 773К со скачкообразным изменением электросопротивления (в 44-51 раз), обусловливающим переход от металлического типа электропроводности к полупроводниковому. Наличие перехода "металл-полупроводник" при 773К позволяет расширить диапазон рабочих температур при использовании предлагаемого материала для изготовления датчиков и переключателей, применяемых в электронной технике.

Формула изобретения

Купрат лантана состава LaCu_1-xNi_xO_3-δ, где 0,15 ≅ x ≅ 0,40, 0,25 ≅ δ ≅ 0,35, как материал, обладающий переходом металл полупроводник.

РИСУНКИ

Рисунок 1