Способ выращивания кристаллов сульфидных соединений на основе полуторных сульфидов редкоземельных элементов



Владельцы патента RU 2495968:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
Муроран Института Технологий (JP)

Изобретение относится к области химической технологии и касается получения кристаллов сульфидных соединений на основе полуторных сульфидов редкоземельных элементов (ПСРЗЭ), легированных оловом, в том числе и в виде высокотемпературной полиморфной γ-модификации (ВТПМ). Способ включает загрузку исходных компонентов в термостойкий тигель, помещение тигля в кварцевый реактор, вакуумирование и герметизацию реактора, нагрев реактора в печи. В качестве исходных компонентов используют смесь полуторного сульфида редкоземельного элемента, РЗЭ=Y, La-Lu, и сульфида олова, или смесь порошков полуторных сульфидов РЗЭ и сульфида олова, или смесь элементарных лантаноида, олова и серы, взятых в стехиометрическом соотношении для синтеза Ln2S3 и SnS, нагревают реактор выше температуры расплавления сульфида олова, служащего в расплавленном состоянии растворителем, выдерживают при этой температуре до гомогенизации раствора-расплава, затем создают градиент температуры по длине реактора для массопереноса растворителя из раствора-расплава в более холодную часть реактора и выдерживают для последующего испарения растворителя и кристаллизации из раствора-расплава с легированием кристаллов катионом олова. Технический результат - возможность выращивать кристаллы высокотемпературной полиморфной модификации со структурой типа Th3P4 - кубическая, увеличение размеров выращиваемых кристаллов, расширение ряда выращиваемых кристаллов ПСРЗЭ и сокращение потерь РЗЭ в процессе кристаллизации. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к способам выращивания кристаллов, и касается получения кристаллов сульфидных соединений на основе полуторных сульфидов редкоземельных элементов (ПСРЗЭ), легированных оловом, в том числе и в виде высокотемпературной полиморфной γ-модификации (ВТПМ).

Основной отличительной особенностью процесса выращивания кристаллов сульфидных соединений является необходимость проводить процесс в закрытом реакторе, исключающем взаимодействие с кислородом воздуха и влагой, которые могут приводить к окислению растущих кристаллов. Выполнение этого условия при росте кристаллов из собственного расплава в случае тугоплавких, порядка 2000°С, сульфидных соединений на основе ПСРЗЭ упирается в ряд технических сложностей, решение которых представляется серьезной проблемой. С одной стороны, это отсутствие подходящих конструкционных материалов, которые были бы инертны по отношению к расплаву и пару, при этом обеспечивая необходимый уровень герметичности реактора. С другой стороны, это необходимость обеспечивать давление паров серы на уровне несколько атмосфер, для того, чтобы предотвратить разложение сульфида при температуре плавления. Другой отличительной особенностью, относящейся, в частности, к ПСРЗЭ, является наличие нескольких полиморфных модификаций. Причем наибольший интерес для практического применения представляет высокотемпературная γ-модификация с кубической структурой типа Th3P4, имеющая область стабильности при температурах выше 1300°С, при которых наиболее распространенный конструкционный материал - кварцевое стекло - не может быть использован в качестве реактора.

Известны разные способы выращивания кристаллов ПСРЗЭ.

Известен способ выращивания кристаллов ВТПМ ПСРЗЭ из собственного расплава. Крупноблочные кристаллы ВТПМ (структурный тип Th3P4) с размерами до: диаметр - 15 мм, длина - 20 мм, растут из собственного расплава при давлении пара серы 1 атм. и температуре 1800-2000°С (А.А. Kamarzin, K.E. Mironov, V.V. Sokolov, Yu. N. Malovitsky, I.G. Vasilyeva // J. Cryst. Growth. 1981. V.52. P.619-622). Исходное сырье - порошок ПСРЗЭ загружают в графитовый или стеклоуглеродный тигель с коническим дном. Тигель помещают в кварцевый реактор специальной формы. В верхней части реактора есть отсек, в который помещают элементарную серу, которая в процессе роста кристаллов нагревается до температуры кипения и обеспечивает в реакторе атмосферу паров серы. В процессе роста кристаллов реактор продувают инертным газом. Необходимую температуру до 2000°С обеспечивают за счет высокочастотного индукционного нагрева тигля, при этом возникает необходимость экранировать кварцевый реактор от тигля. Рост кристаллов ведут протягиванием реактора через высокочастотный индуктор в течение нескольких часов.

Указанный способ имеет следующие недостатки. Выращиваемые кристаллы, как правило, имеют отклоненный (из-за диссоциации) и неконтролируемый по стехиометрии состав и внутренние напряжения из-за неравномерного прогрева объема тигля. Поэтому требуется проведение дополнительного отжига в парах серы при температуре порядка 1300°С. Использование высоких температур ограничивает время проведения процесса роста кристаллов, по причине разрушения кварцевого реактора и графитового (стеклоуглеродного) тигля, что ограничивает размеры кристаллов, выращиваемых указанным способом.

Известен способ выращивания кристаллов ПСРЗЭ методом химических транспортных реакций при использовании йода в качестве транспортирующего агента при температурах 1150-1200°С (М. Leiss // J. Phys. С: Solid State Phys. V.13. P.151-158). В известном способе исходное сырье - порошок ПСРЗЭ или смесь порошков ПСРЗЭ разных лантаноидов (для получения легированных кристаллов) и кристаллический йод помещают в один конец кварцевого реактора, который вакуумируют и запаивают. Реактор помещают в печь, в которой есть возможность обеспечивать необходимый градиент температур. Рост кристаллов осуществляется за счет реакции химического газофазного транспорта из горячей (1200°С) зоны реактора в холодную (1150°С). Считается, что в ходе процесса лантаноид транспортируется в форме трииодида. Этим способом были выращены игловидные кристаллы смешанных ПСРЗЭ с максимальными размерами до 1,0×2,2×14 мм.

Указанный способ имеет следующие недостатки. Длительность процесса выращивания кристаллов ограничена высокой агрессивностью пара LnI3 к кварцевому реактору при температурах проведения роста кристаллов. Ограничение длительности процесса ограничивает размеры кристаллов, выращиваемых указанным способом. Низкие давления паров LnI3 обуславливают низкую скорость транспорта и, как следствие, низкий выход кристаллов (как по размерам, так и по общей массе). Способ пригоден для выращивания кристаллов только низкотемпературных модификаций ПСРЗЭ и не позволяет выращивать кристаллы высокотемпературной модификации ПСРЗЭ.

Температура фазового перехода ПСРЗЭ в ВТПМ может быть снижена за счет легирования s - и d-элементами. В частности, процесс легирования ПСРЗЭ (La2S3) оловом (IV) при совместном сульфидировании смеси оксидов La2O3 и SnO2 при помощи смеси инертного газа и газа - источника серы при температуре 900°С, как способ получения пигментов (в виде порошков), ранее был описан в изобретении по патенту CN 101200604, С09С 3/06, С09С 1/00, опубл. 18.06.2008. В изобретении по патенту RU 2388773, С09С 1/00, опуб. 10.05.2010, Бюл. №13, представлен способ получения пигментов (в виде порошков) путем легирования полуторного сульфида лантана оловом и кальцием, где в качестве исходного сырья служили La2O3, SnO2 и СаСО3, а процесс сульфидирования проводили при помощи смеси инертного газа и газа - источника серы при температуре 900°С. Однако такие способы не позволяют выращивать кристаллы.

Наиболее близким к заявляемому способу - прототипом - является способ выращивания кристаллов ПСРЗЭ путем кристаллизации из раствора в расплаве, где в качестве растворителя использовали трииодиды РЗЭ (A.W. Sleight and C.T. Prewitt // Inorg. Chem. 1968. V.7. №11. P.2282-2288). В данном способе в качестве исходного сырья берут элементарные металл, серу и йод в отношении 1:1:1, помещают их в графитовый тигель, который помещают в кварцевый реактор. Реактор вакуумируют и запаивают. На первом этапе реактор нагревают до температуры 600°С и выдерживают в течение 1-2 дней для того, чтобы прошел синтез LnSI. На втором этапе температуру повышают до 1100-1275°С (в зависимости от конкретного лантоноида) для того, чтобы прошла реакция диссоциации соединения LnSI, в результате которой образуются Ln2S3 и Lnl3. Трииодид редкоземельного элемента находится в расплавленном состоянии и выступает в качестве растворителя. Рост кристаллов в данных условиях обеспечивается процессом рекристаллизации. Выросшие кристаллы отделяют от растворителя LnI3 отмывкой в этиловом спирте или воде. Кристаллы не легируются растворителем.

Данный способ имеет следующие признаки, общие с заявляемым изобретением: загрузка исходных компонентов в термостойкий тигель, помещение тигля в кварцевый реактор, вакуумирование и герметизация реактора, нагрев реактора в печи.

Указанный способ имеет следующие недостатки:

1. Взаимодействие с кварцевым реактором паров иодидов LnI3 существенно ограничивает длительность процесса роста кристаллов, и, следовательно, размер выращиваемых кристаллов. Предельный размер полученных данным способом кристаллов составляет 1×1×10 мм.

2. Способ не позволяет выращивать кристаллы высокотемпературной полиморфной модификации со структурой типа Тh3Р4 - кубическая, которая имеет область стабильности выше 1300°С из-за разрушения при высоких температурах реактора и тигля.

3. Полуторные сульфиды редкоземельных элементов La, Er, Tm и Y не могут быть выращены этим способом из-за образования фазы LnSI, которая для этих металлов стабильна при температуре выше 1250°С.

4. При отделении (отмывке) сульфидных кристаллов от растворителя происходит потеря дорогостоящих РЗЭ на уровне 33 масс.%.

Задачей настоящего изобретения является создание способа выращивания кристаллов сульфидных соединений на основе ПСРЗЭ раствор-расплавным методом, позволяющего выращивать кристаллы высокотемпературной полиморфной модификации со структурой типа Th3P4 - кубическая, увеличить размеры выращиваемых кристаллов, расширить ряд выращиваемых кристаллов ПСРЗЭ и сократить потери РЗЭ в процессе кристаллизации.

Задача решается путем использования растворителя, не взаимодействующего с кварцевым реактором и не образующего промежуточных соединений с ПСРЗЭ (РЗЭ=Y, La-Lu), понижающего температуру кристаллизации в растворе-расплаве и отделяемого от растущих кристаллов путем его испарения.

Для решения поставленной задачи в способе выращивания кристаллов сульфидных соединений на основе ПСРЗЭ в качестве растворителя используют расплав SnS, в котором растворяют ПСРЗЭ. Испарение растворителя из раствора-расплава с последующей конденсацией в холодной части реактора обеспечивает пересыщение раствора-расплава и позволяет контролировать процесс кристаллизации. Рост кристаллов ПСРЗЭ из раствора-расплава SnS сопровождается легированием их катионом олова, что приводит к образованию ВТПМ.

Поставленная задача решается следующим образом. В известном способе выращивания кристаллов сульфидных соединений на основе полуторных сульфидов редкоземельных элементов, включающем загрузку исходных компонентов в термостойкий тигель, помещение тигля в реактор из кварцевого стекла, вакуумирование и герметизацию реактора и нагрев реактора в печи, в отличие от прототипа выполнено следующее: в качестве исходных компонентов используют смесь полуторного сульфида редкоземельного элемента (РЗЭ=Y, La-Lu) и сульфида олова, или смесь порошков полуторных сульфидов РЗЭ и сульфида олова, или смесь элементарных лантаноида, олова и серы, взятых в стехиометрическом соотношении для синтеза Ln2S3 и SnS, нагревают реактор выше температуры расплавления сульфида олова, служащего в расплавленном состоянии растворителем, выдерживают при этой температуре до гомогенизации раствора-расплава, затем создают градиент температуры по длине реактора для массопереноса растворителя из раствора-расплава в более холодную часть реактора и выдерживают для последующего испарения растворителя и кристаллизации из раствора-расплава с легированием кристаллов катионом олова.

В частном случае реализации способа - с целью дополнительного улучшения качества и увеличения размеров выращиваемых кристаллов при условии использования в качестве исходных компонентов смеси порошков полуторного сульфида РЗЭ и сульфида олова или смеси порошков полуторных сульфидов РЗЭ и сульфида олова, и помещении на дно тигля затравочного кристалла, обеспечивают осуществление направленной кристаллизации.

Заявляемый способ функционирует следующим образом. В качестве исходных компонентов используют смесь полуторного сульфида редкоземельного элемента (РЗЭ=Y, La-Lu) и сульфида олова, или смесь порошков полуторных сульфидов РЗЭ и сульфида олова, или смесь элементарных лантаноида, олова и серы, взятых в стехиометрическом соотношении для синтеза Ln2S3 и SnS. Смесь помещают в термостойкий графитовый или стеклоуглеродный тигель, который в свою очередь помещают в кварцевый реактор. Кварцевый реактор вакуумируют и герметизируют (запаивают). Подготовленный таким образом реактор помещают в двухзонную печь, которую нагревают до температуры около 1100°С. При использовании смеси элементарных Ln, Sn и S скорость нагрева реактора должна обеспечивать полноту протекания реакции синтеза сульфидов, для того чтобы избежать взрыва реактора из-за высокого давления пара свободной серы. Затем проводят выдержку при заданной температуре для гомогенизации (растворения Ln2S3 в расплаве SnS) раствора-расплава, при этом весь реактор находится в изотермических условиях. Для реализации процесса кристаллизации пересыщение раствора-расплава осуществляют постепенным испарением растворителя из тигля с раствором-расплавом. Испарение растворителя из раствора-расплава обеспечивается за счет градиента температуры по длине реактора, что приводит к смещению равновесия раствор-расплав - паровая фаза. Как результат смещения равновесия начинается процесс массопереноса: растворитель из тигля переходит в пар, а пар в свою очередь конденсируется в более холодной части реактора (расплав и пар SnS при температуре около 1100°С не реагируют с кварцевым реактором - доказано экспериментально). При этом происходит увеличение концентрации растворенного вещества (Ln2S3) в растворе-расплаве, и при достижении линии ликвидуса начинается процесс изотермической кристаллизации фазы на основе ПСРЗЭ (в системах Ln2S3-SnS не образуется промежуточных соединений (М. Guittard, M. Julien-Pouzol, S. Jaulmes // Mater. Res. Bull. 1976. V.11. P.1073-1080)). Причем, изменение скорости испарения растворителя (абсолютная величина температуры, градиент температуры, форма реактора и др.) позволяет управлять скоростью кристаллизации. Концентрирование конденсата растворителя в более холодной части реактора (наличие в реакторе коллектора) позволяет вести процесс до полного испарения растворителя из тигля, что обеспечивает фазовую чистоту образующихся кристаллов.

Длительность процесса кристаллизации при использовании сульфида олова в качестве растворителя принципиально не ограничена, так как при используемых температурах не возникают реакции, приводящие к разрушению реактора или тигля.

В процессе роста кристаллов ПСРЗЭ из раствора-расплава сульфида олова происходит их легирование катионом олова (II), что приводит к формированию кристаллов ВТПМ - структурный тип Th3P4, при температуре около 1100°С.

Отсутствие промежуточных соединений в системах Ln2S3-SnS позволяет выращивать предложенным способом кристаллы сульфидных соединений на основе всего редкоземельного ряда с общей формулой Ln2S3 (Ln=Y, La, Се, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu).

Использование в качестве исходного сырья смеси, содержащей разные редкоземельные элементы, позволяет выращивать смешанные по Р3-катиону кристаллы.

В процессе выращивания кристаллов растворитель отделяется от растущих кристаллов, что обеспечивает полноту использования РЗЭ, а также позволяет организовать замкнутый цикл при повторном использовании растворителя.

При использовании затравочных кристаллов, помещаемых на дно тигля в момент загрузки сырья, обеспечивается процесс направленной кристаллизации, что приводит к увеличению размеров выращиваемых кристаллов.

Указанным способом получены следующие результаты.

Пример 1. Смесь сульфидов олова и лантана в мольном отношении 0,95 SnS + 0,05 La2S3 для получения 0,3 граммов кристаллов помещают в стеклоуглеродный тигель. Тигель помещают в кварцевый реактор. Реактор вакуумируют до остаточного давления 10-2-10-3 Торр и запаивают в пламени горелки. Реактор помещают в двухзонную вертикальную печь и нагревают до температуры 1100°С со скоростью около 2000°С/час. При этой температуре реактор выдерживают 12 часов до полного растворения La2S3 в расплаве SnS. Затем температуру в верхней части реактора снижают до 1050°С. В результате разности (градиента) температур происходит перенос массы растворителя из горячей зоны (тигель с раствором-расплавом) в холодную (стенка реактора - коллектор). В таком режиме реактор выдерживают в печи в течение 3 суток, после чего извлекают из печи и закаливают в воду со льдом. В результате в стеклоуглеродном тигле остаются кристаллы темно-красного цвета с максимальным размером 5×5×0,1 мм.

Пример 2. Смесь сульфидов олова и диспрозия в мольном отношении 0,95 SnS + 0,05 Dy2S3 для получения 0,3 граммов кристаллов помещают в стеклоуглеродный тигель. Тигель помещают в кварцевый реактор. Реактор вакуумируют до остаточного давления 10-2-10-3 Торр и запаивают в пламени горелки. Реактор помещают в двухзонную вертикальную печь и нагревают до температуры 1100°C со скоростью около 2000°C/час. При этой температуре реактор выдерживают 12 часов до полного растворения Dy2S3 в расплаве SnS. Затем температуру в верхней части реактора снижают до 1050°C. В результате разности температур происходит перенос массы растворителя из горячей зоны (тигель с раствором-расплавом) в холодную (стенка реактора - коллектор). В таком режиме реактор выдерживают в печи в течение 3 суток, после чего извлекают из печи и закаливают в воду со льдом. В результате в стеклоуглеродном тигле остаются кристаллы темно-красного цвета с максимальным размером 1×1×0,5 мм.

Пример 3. Порошок металлического лютеция, гранулы металлического олова и кристаллы элементарной серы, взятые в стехиометрическом (мольном) отношении 0,10Lu+0,95Sn+1,10S для получения 1,2 граммов кристаллов, помещали в стеклоуглеродный тигель. Тигель помещают в кварцевый реактор. Измельчение металлического лютеция и загрузку реактора осуществляли в сухом боксе с контролем парциальных давлений воды и кислорода на уровне 0,3 и 1,0 ppm соответственно. Реактор вакуумируют до остаточного давления 10-2-10-3 Торр и запаивают в пламени горелки. Подготовленный таким образом реактор помещают в вертикальную двухзонную печь сопротивления и нагревают до 1100°C со скоростью 50 град/час. Для гомогенизации расплава реактор выдерживают при заданной температуре в течение 4 часов, после чего начинают процесс роста кристаллов, для этого температуру в верхней части печи снижают до 1050°C. В результате разности температур происходит перенос массы растворителя из горячей зоны (тигель с раствором-расплавом) в холодную (стенка реактора - коллектор). В таком режиме реактор выдерживают в печи в течение 3 суток, после чего извлекают из печи и закаливают в воду со льдом. В результате в стеклоуглеродном тигле остаются кристаллы светло-коричневого цвета с максимальным размером 0,5×0,5×0,5 мм.

Пример 4. Смесь сульфидов олова, лантана и неодима в мольном отношении 0,95SnS+0,0495La2S3+0,0005Nd2S3 для получения 0,3 граммов кристаллов помещают в стеклоуглеродный тигель. Тигель помещают в кварцевый реактор. Реактор вакуумируют до остаточного давления 10-2-10-3 Торр и запаивают в пламени горелки. Реактор помещают в двухзонную вертикальную печь и нагревают до температуры 1100°C со скоростью около 2000°C/час. При этой температуре реактор выдерживают 12 часов до полного растворения La2S3 и Nd2S3 в расплаве SnS. Затем температуру в верхней части реактора снижают до 1050°C. В результате разности (градиента) температур происходит перенос массы растворителя из горячей зоны (тигель с раствором-расплавом) в холодную (стенка реактора - коллектор). В таком режиме реактор выдерживают в печи в течение 3 суток, после чего извлекают из печи и закаливают в воду со льдом. В результате в стеклоуглеродном тигле остаются кристаллы темно-красного цвета с максимальным размером 1,5×1×0,5 мм.

Характеристики кристаллов, полученных заявленным способом, представлены в таблице.

Характеристика La2S3-SnS Dy2S3-SnS Lu2S3-SnS La2S3-Nd2S3-SnS
Химическая формула (микрозондовый анализ) La2,36Sn0,46S4 Dy2,56Sn0,24S4 Lu2S2,82 La2,35Nd0,02Sn0,44S4
Тип структуры (монокристальные исследования методом РСА) Кубическая, Th3P4 Кубическая, Th3P4 Гексагональная,
α-Al2O3 		Кубическая, Th3P4
Цвет, прозрачность (визуальная оценка) Темно-красный, прозрачный Темно-красный, прозрачный Светло-коричневый, прозрачный Темно-красный, прозрачный

Таким образом, по сравнению с прототипом, способ позволяет выращивать кристаллы сульфидных соединений на основе ПСРЗЭ, легированных катионом олова, в том числе кристаллы высокотемпературной полиморфной модификации со структурой типа Тh3Р4-кубическая, позволяет увеличить размеры выращиваемых кристаллов, расширить ряд выращиваемых кристаллов ПСРЗЭ и сократить потери РЗЭ в процессе кристаллизации.

1. Способ выращивания кристаллов сульфидных соединений на основе полуторных сульфидов редкоземельных элементов, включающий загрузку исходных компонентов в термостойкий тигель, помещение тигля в кварцевый реактор, вакуумирование и герметизацию реактора, нагрев реактора в печи, отличающийся тем, что в качестве исходных компонентов используют смесь полуторного сульфида редкоземельного элемента, PЗЭ=Y, La-Lu, и сульфида олова, или смесь порошков полуторных сульфидов РЗЭ и сульфида олова, или смесь элементарных лаптаноида, олова и серы, взятых в стехиометрическом соотношении для синтеза Ln2S3 и SnS, нагревают реактор выше температуры расплавления сульфида олова, служащего в расплавленном состоянии растворителем, выдерживают при этой температуре до гомогенизации раствора-расплава, затем создают градиент температуры по длине реактора для массопереноса растворителя из раствора-расплава в более холодную часть реактора и выдерживают для последующего испарения растворителя и кристаллизации из раствора-расплава с легированием кристаллов катионом олова.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании в качестве исходных компонентов смеси полуторного сульфида РЗЭ и сульфида олова или смеси порошков полуторных сульфидов РЗЭ и сульфида олова вместе со смесью на дно тигля помещают затравочный кристалл.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии получения кристаллов GaTe, которые могут быть использованы в нелинейной оптике, а именно для оптических преобразователей частоты ИК и ТГц диапазонов.
Изобретение относится к технической физике и нелинейной оптике и может быть использовано при создании параметрических преобразователей частоты лазерного излучения в средний инфракрасный (ИК) и терагерцовый (ТГц) диапазоны спектра.

Изобретение относится к разработке новых сульфидных соединений, которые могут быть использованы для нужд микроэлектроники, в частности к созданию материалов с анизотропией магнитосопротивления при комнатной температуре.

Изобретение относится к технологии высокотемпературного синтеза халькогенидов золота и серебра, а именно Ag3 AuX2, где X=S, Se, - ютенбогаардтита ( -Ag3AuS2) и фишессерита ( -Ag3AuSe2).

Изобретение относится к новым сульфидным соединениям, которые могут быть использованы для нужд микроэлектроники, в частности к созданию магнитострикционных материалов.

Изобретение относится к получению полупроводниковых квантовых точек типов ядро и ядро-оболочка методом коллоидного синтеза, которые могут быть использованы в производстве различных люминесцентных материалов, а также в качестве основы для производства сверхминиатюрных светодиодов, источников белого света, одноэлектронных транзисторов, нелинейно-оптических устройств, фоточувствительных и фотогальванических устройств.

Изобретение относится к кристаллам литиевых халькогенидов, предназначенных для применения в нелинейной оптике. .

Изобретение относится к способам синтеза диселенида меди и индия CuInSe2 и может быть использовано в электронной технике и создании солнечных элементов для преобразования солнечной энергии, обладающих низкими оптическими потерями и высоким КПД.

Изобретение относится к нанотехнологиям. Способ включает эксфолиацию заготовок из слоистых кристаллических материалов, закрепленных с одной стороны на опоре из глипталя, с использованием клейкой ленты, глипталь по окончании эксфолиации растворяют в ацетоне, где образуется взвесь кристаллических пластин (слоев) халькогенидов металлов, которые выделяют из взвеси путем осаждения их на подложку. Изобретение позволяет получать слои наноразмерной толщины из слоистых кристаллов с возможностью последующего осаждения на различные подложки. 3 ил., 2 пр.

Изобретение относится к неорганической химии. Способ синтеза тетрагональных теллуридов железа и теллуридов железа, легированных селеном и/или серой, включает размещение в одном конце герметичной ампулы шихты из теллура, селена, серы и железа, заполнение ее смесью эвтектического состава из различных комбинаций хлоридов натрия, калия, рубидия и цезия, нагрев ампулы с градиентом температур от величины 600-790°С со стороны размещения шихты до температуры, уменьшенной на 30-100°С с противоположной стороны, в течение времени, обеспечивающего перенос шихты в противоположный конец ампулы. Изобретение позволяет получать большие (не менее 2×2×1 мм) монокристаллы FeTe, включая FeTe, легированные до 40% селеном и /или до 10% серой, являющиеся перспективными сверхпроводниками, без нарушения целостности структуры при уменьшенной температуре синтеза. 1 ил., 4 пр.

Изобретение относится к технологическому оборудованию, предназначенному для выращивания кристаллов в условиях микрогравитации. Ампула содержит герметичный корпус 1 из кварцевого стекла и коаксиально размещенный в нем герметичный кварцевый тигель 4 с загрузкой селенида галлия 5 и графитовые вставки 3, 7, при этом загрузка 5 помещается непосредственно во внутренний объем кварцевого тигля 4, а графитовые вставки 3, 7 размещены снаружи по обе стороны тигля 4, между корпусом 1 ампулы и одной из графитовых вставок 3, 7 установлен демпфирующий элемент 2 из углеграфитового войлока. Изобретение позволяет выращивать кристаллы GaSe повышенного качества. 2 ил.

Изобретение относится к технологии синтеза полупроводниковых материалов и может быть использовано при массовом производстве тензочувствительных материалов на основе сульфида самария (SmS). Для синтеза материала состава Sm1+xS, где 0≤x≤0,17, берут в измельченном виде Sm2S3 и Sm в мольном соотношении (1+3x):1. Взятые вещества перемешивают и брикетируют. Затем выдерживают при температуре твердофазной реакции в сосуде, заполненном инертным газом, в течение времени t, которое превышает или равно значению, рассчитанному по формуле nL2exp(m/T), где t - время выдержки, с; Т - температура твердофазной реакции, К; L - максимальный поперечный размер частиц порошка Sm2S3, мкм; n - эмпирический коэффициент, равный 2·10-8 с/мкм2; m - эмпирический коэффициент, равный 2,25·104 К. Изобретение позволяет упростить синтез, уменьшить его длительность, обеспечить возможность варьирования заданного состава материала Sm1+xS и высокую степень соответствия составов полученного и заданного материалов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к технологии получения порошкового материала, содержащего наночастицы полупроводникового соединения, и может быть использовано в оптоэлектронике и медицине. Нанокристаллический порошок сульфида серебра получают осаждение из водного раствора смеси нитрата серебра и сульфида натрия в присутствии цитрата натрия при температуре 20-35°С в течение 5-60 минут при соотношении компонентов нитрат серебра: сульфид натрия: цитрат натрия, равном 1:0.5÷10:0.1÷2. Способ отличается простотой и позволяет получать однофазные беспримесные нанокристаллические порошки сульфида серебра с узким распределением частиц по размеру в заранее указанном диапазоне от 20 до 500 нм. 3 пр.

Изобретение относится к производству термоэлектрических материалов на основе теллуридов висмута и сурьмы. Способ заключается в предварительной очистке исходных компонентов методом вакуумной дистилляции, синтезе исходных компонентов в вакуумированных ампулах при нагреве до плавления и охлаждении, выращивании кристаллов методом вертикальной зонной перекристаллизации с применением высокочастотного нагрева, при этом выращивание кристаллов осуществляют путем не менее двух проходов со скоростью не более 2,5-3 см/ч, высокочастотный нагрев ведут на частоте 1,76 МГц с градиентом температур 200 К/см, а после выращивания кристаллов осуществляют приготовление порошка с наноструктурой размером не более 200 нм, обеспечивающей анизотропию свойств каждой частицы, брикетирование, спекание, а затем горячую экструзию. Выращивание кристаллов может быть осуществлено одновременно в 6-10 ампулах длиной до 1 м. Спекание производят в вакуумной печи в течение суток при температуре не менее 450 град., после экструзии осуществляют резку образцов механическим способом и выполняют комплексные измерения. Технический результат заключается в повышении прочности термоэлектрических материалов, равномерности их свойств вдоль слитка, улучшении термоэлектрических свойств. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

Изобретение относится к технологии материалов электронной техники, а именно к способам получения эпитаксиальных слоев полупроводниковых твердых растворов CdxHg1-xTe для изготовления на их основе фотовольтаических приемников инфракрасного излучения. Способ получения эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe р-типа проводимости включает выращивание эпитаксиального слоя CdxHg1-xTe с химическим составом в интервале от х=0,19 до х=0,33 мольной доли теллурида кадмия методом жидкофазной эпитаксии в запаянной кварцевой ампуле из раствора-расплава на основе теллура при температуре 500÷515°С и in situ отжиг эпитаксиального слоя в парах шихты, из которой он был выращен, сначала при температуре 350÷370°С в течение 1÷2 ч, а затем при температуре 200÷240°С в течение 20÷24 ч. Техническим результатом изобретения является воспроизводимое получение эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe р-типа проводимости с концентрацией носителей заряда (0,5÷2,0)×1016 см-3 при 77К с высокими значениями подвижности носителей заряда и однородным распределением электрофизических характеристик по толщине эпитаксиального слоя, а также сокращение времени производства эпитаксиальных слоев. 1 табл.

Изобретение относится к коллоидной химии и нанотехнологии и может быть использовано в производстве люминесцентных материалов, сверхминиатюрных светодиодов, источников белого света, одноэлектронных транзисторов, нелинейно-оптических устройств, фоточувствительных и фотогальванических устройств. Синтезируют нанокристаллы из прекурсоров, содержащих халькоген и металл II или IV группы, в присутствии растворителя при комнатной температуре «двойным капельным методом», для чего указанные прекурсоры вводят одновременно по каплям при перемешивании. В качестве растворителя используют ионную жидкость или смесь ионных жидкостей в сочетании с одним или несколькими низкокипящими органическими растворителями. Реакционную смесь, содержащую ядра полупроводниковых квантовых точек, облучают УФ-светом и обрабатывают ультразвуком. Получают наночастицы халькогенидов металлов II или IV группы с дисперсией среднего размера не более 10 %, обладающие высокой фотостабильностью и агрегативной устойчивостью, способные диспергироваться как в полярных, так и в неполярных растворителях без дополнительных стадий обработки. При синтезе не используют токсичные растворители. 8 ил., 11 пр.

Изобретение относится к технологии получения селенида индия(III), широко используемого в микроэлектронике для получения детекторов ядерного излучения и при создании преобразователей солнечного излучения в качестве основы для такого материала, как диселенид меди(I) и индия CuInSe2. Раствор для гидрохимического осаждения тонкой полупроводниковой пленки селенида индия(III) содержит соль индия(III), селенокарбамид, винную кислоту и сульфит натрия при следующих концентрациях реагентов, моль/л: соль индия(III) 0,01-0,15; селенокарбамид 0,005-0,1; винная кислота 0,01-0,06; сульфит натрия 0,005-0,1. Благодаря наличию таких добавок, как селенокарбамид и сульфит натрия, изменяются кинетика процесса и условия осаждения в сравнении с прототипом. Селенокарбамид является источником селенид-ионов. Сульфит натрия играет роль антиоксиданта, предотвращая окисление селенокарбамида в растворе. Винная кислота одновременно комплексует ионы индия и повышает буферную емкость реакционной смеси, поддерживая рН раствора на определенном уровне. Получаемые слои из данного раствора осаждения имеют хорошую адгезию к подложечному материалу и зеркальную поверхность. Их толщина составляет 300 нм. 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области полупроводникового материаловедения, а именно – к технологии получения тонких фоточувствительных пленок селенида свинца, широко используемых в изделиях оптоэлектроники в ИК-диапазоне 1-5 мкм, лазерной и сенсорной технике. Пленки селенида свинца осаждают на подложку из диэлектрических материалов из водных растворов, содержащих соль свинца (II), этилендиамин, ацетат аммония, селеномочевину, при осаждении в раствор дополнительно вводят в качестве антиоксиданта для селеномочевины аскорбиновую кислоту в количестве 0,001-0,01 моль/л, после чего проводят термообработку осажденных пленок на воздухе при 503-583 K. Технический результат изобретения: повышение фоточувствительности пленок селенида свинца к ИК-излучению, а также снижение температуры сенсибилизирующей термообработки на 90-140 K. 1 табл.

Изобретение относится к технологии дымного черного пороха и может быть использовано для регенерации калиевой селитры из сметок производства порохов с истекшим сроком хранения. Способ включает смешение утилизируемого дымного пороха с водой в баке, нагревание смеси до 90-100°С, фильтрацию раствора сероугольной смеси и калиевой селитры, кристаллизацию последней при постоянном охлаждении кристаллизатора, сбор кристаллов калиевой селитры, ее центрифугирование для удаления раствора и сушки, при этом фильтрацию осуществляют при работающей мешалке в обогреваемом фильтре, кристаллизацию проводят при перемешивании раствора путем подачи сжатого воздуха, образовавшийся в кристаллизаторе маточный раствор перекачивают в бак, нагревают до температуры 90-100°С и промывают им осадок на обогреваемом фильтре, полученный раствор вновь подают в кристаллизатор и подвергают кристаллизации, выпавший осадок селитры удаляют, а оставшийся в кристаллизаторе раствор снова направляют для смешения с утилизируемым дымным порохом. Техническим результатом изобретения является увеличение выхода извлекаемой из дымного черного пороха калиевой селитры. Предложенный способ прост и позволяет использовать промышленное оборудование. 1 ил., 2 пр.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2013-10-20 2013-10-20T00:30:18
Наверх