Спосіб отримання сегнетоелектричного фосфату ніобію rb2/3li1/3nb2.0po8

Винахід відноситься до області хімічної технології та стосується отримання кераміки на базі нанорозмірного сегнетоелектричного фосфату ніобію Rb2/3Li1/3Nb2,0PO8, що може використовуватись як матеріал для нової п'єзоелектричної техніки. Найбільш близький за технічною суттю до винаходу є спосіб отримання сегнетоелектричного фосфату ніобію М2/3М|1/3Nb2-x ТахРО8, де Μ та М| - лужний метал /C.S. Liang, W.T.A. Harrison, M.M. Eddy, Т.Е. Gier, G.D. Stucky, New open-framework nonlinear optical materials. Crystal structure of Na1/2(H3O)1/2Nb2PO8 and physical properties of the solid solution K2/3Li1/3Nb2-xTaxPO8 Chemistry of Materials (CMATE), Vol. 5 (1993) 917-924./, який передбачає змішування рубідійвмісного, літійвмісного, фосфоровмісного та ніобійвмісного компонентів і нагрівання до температур 1501000°С, при цьому як рубідійвмісний компонент використовують - 50% водний розчин гідрооксиду рубідію, та порошкоподібні, як літійвмісний - карбонат літію, як фосфоровмісний - дигідрофосфату амонію, як ніобійвмісний компонент - пентаоксид ніобію, відповідно, нагрівання утвореної суміші порошків (відкрита система) постадійно до температур 150°С, 750°С, 1000°С на протязі 15 годин до утворення агломерованого матеріалу. Основними недоліками наведеного способу отримання фосфату ніобію є низька технологічність процесу, утворення полідоменних зразків, незначна реакційна здатність пентаоксиду ніобію, що призводить до значного часу взаємодії, а використання порошкової технології не дозволяє отримувати гомогенні за складом, а отже і властивостями зразків. При використанні методики твердофазної взаємодії, що наведена в прототипі, лімітуючою стадією взаємодії є дифузія реагентів крізь утворений прошарок продуктів реакції, кількість яких з часом проведення взаємодії збільшується. В основу винаходу поставлено завдання такого удосконалення способу отримання сегнетоелектричного фосфату ніобію Rb2/3Li1/3Nb2,0PO8, при якому за рахунок використання вихідних компонентів в пропонованій кількості та агрегатному стані, як розчинника ізобутилового спирту (5,0-7,0моль), і проведення їх взаємодії в розчиненому стані досягається значне зниження часу взаємодії, а завдяки використанню одночасної дії високого тиску та температури на утворений з розчину осад забезпечується можливість отримання якісного п'єзоелектричного матеріалу, що містить нанорозмірні складові. Поставлене завдання вирішується тим, що у способі отримання сегнетоелектричного фосфату ніобію Rb2/3Li1/3Nb2,0PO8, який передбачає змішування гідрооксиду рубідію та літійвмісного, фосфоровмісного та ніобійвмісного компонентів і нагрівання до температур 150-1000°С, згідно винаходу при змішуванні використовують компоненти у розчиненому стані, при цьому гідрооксид рубідію використовують в кристалічному стані як літійвмісний компонент використовують кристалічний гідрооксид літію, обидва в кількості 0,10-0,33моль, як фосфоровмісний - тригексооксофосфат ((С6Н13О)3РО) в кількості 1,95-2,00моль, як ніобійвмісний компонент беруть пентаоксоізобутилат в кількості 0,10-1,84моль, як розчинник використовують ізобутиловий спирт її кількості 5,0-7,0моль, перед нагріванням здійснюють декантацію утвореного розчину, а нагріванню піддають отриманий осад з одночасною дією на нього тиску, що не менше за 2,5ГПа при оптимальній дії температури 57хв. У запропонованому способі, завдяки використанню нового хімічного та кількісного складу вихідних компонентів вдається проводити їх взаємодію в розчиненому стані, що значно прискорює процес, а нагрівання під високим тиском значно прискорює процес розкладу утвореного осаду, що супроводжується формуванням нанорозмірного матеріалу для нової п'єзоелектричної техніки на базі фосфату ніобію Rb2/3Li1/3Nb2,0PO8. Внаслідок проведення реакції іонного обміну в розчинах, які протікають на декілька порядків швидше за гетерофазну дифузію в твердому стані, а також досягнення надзвичайно високої гомогенності при змішуванні вихідних компонентів (на молекулярному рівні) вдається отримувати якісний п'єзоелектричний матеріал, що не містить полідоменних областей з високим виходом 70-75%, а особливості термічного розкладу продукту взаємодії наведених прекурсорів призводять до досягнення нанометричного діапазону складових матеріалу. Приклад 1. Змішували при кімнатній температурі вихідні компоненти: як рубідійвмісний компонент - кристалічний гідрооксид рубідію (0,15моль), як літійвмісний компонент кристалічний гідроокид літію (0,31моль), як фосфоровмісний - тригексооксофосфат ((С6Н13О)3РО) (1,98моль), як ніобійвмісний - пентаоксоізобутилат ніобію (0,97моль), додаючи як розчинник - ізобутиловий спирт (6,0моль), отриманий білий осад шляхом декантації відділяють від залишків розчину, просушують в вакуумі 10-3мм.рт.ст. при 275°С та після цього піддають одночасній дії високого тиску 7,7ГПа та температури 575°С на протязі 6хв. Внаслідок проведених операцій утворюються добре сформовані циліндричні пластини фосфату ніобію Rb2/3Li1/3Nb2,0PO8. Загальний вихід нанометричного сегнетоелектричного фосфату, по відношенню до кристалоутворюючих компонентів складає 72%. Спосіб було здійснено також при граничних значеннях пропонованих складів і режимах температури та тиску. Як видно з проведених експериментів, саме при пропонованих інтервалах складів і режимів відбувається отримання якісної кераміки фосфату ніобію Rb2/3Li1/3Nb2,0PO8 при зменшенні часу синтезу в 60 разів. Вихід за пропоновані концентраційні інтервали вихідних компонентів призводить до кристалізації інших представників загального ряду Rb(Li)yNbxPO8, які мають значно нижчий коефіцієнт спонтанної поляризації та не можуть застосовуватись як матеріали для виготовлення якісних п'єзоелектричних елементів. Що стосується значення високого тиску та часу витримки при заданій температурі треба відмітити, що значення тиску повинно бути принаймні не менше 2,5ГПа, а тривалість нагрівання і параметри вакуумно-термічної обробки осаду обрано з метою оптимізації технології отримання п'єзоелектричного наноматеріалу та зменшення собівартості продукту.