Спосіб отримання монокристалів ортодифосфату натрію-індію na7(inp2o7)4(po4)

Винахід відноситься до області хімічної технології та стосується отримання монокристалів орто-дифосфату натрію-індію Nа7(InР2О7)4(РO 4), що може використовуватись як матеріал з суперйонною провідністю. Найбільш близький за технічною суттю до винаходу є спосіб отримання монокристалів орто-дифосфату натрію-індію Nа7(InР2О7) 4(РO4) з системи що містить Na2O, P2O 5 та Іn2 О3 компоненти (П.Г. Нагорний. Взаємодія в системі Na2О-Р2О5-Іn2 О3 та структура нового подвійного фосфату. // Доп. HAH України 1998, Сер. Б, №5. - с. 141146.), що передбачає змішування натрійвмісного, фосфорвмісного компонентів, та оксиду індію (In2О3) при вмісті Іn2О3 , 12% (мас.), нагрівання отриманої суміші методом ізотермічного насичення до утворення високотемпературного лужно-фосфатного розплаву системи Na2O-P2O5-Іn2О5 , за умов: температура 1273К на протязі 4-6 години при розчиненні оксиду індію в лужно-фосфатному розплаві. Основними недоліками наведеного способу отримання монокристалів орто-дифосфату натрію-індію є значний час взаємодії використаних компонентів, утворення монокристалів із домішками оксиду індію, що не прореагував, та низька технологічність процесу. За таким способом отримують переважно зразки, що містять декілька різних фаз, а також монокристали із замалим розміром до 0,25х0,25х0,15 мм та значною концентрацією фаз включення. В основу винаходу поставлено завдання такого удосконалення способу отримання монокристалів ортодифосфату натрію-індію Nа7(InР2О7)4(РO4) при якому за рахунок додавання до вихідних компонентів метаванадату натрію (NaVO3) в пропонованій кількості вдається проводити кристалізацію в легкоплавкому флюсі - розплаві фосфатно-ванадатної системи Na2O-P2O5-Іn2 О5 та отримати якісні монокристали більших розмірів до 6,0х2,0x2,0мм. Також досягається повнота взаємодії, збільшується їх ви хід та утворення однофазних зразків практично без сторонніх включень при зменшенні часу взаємодії, поліпшенні технологічності і підвищенні продуктивності процесу. Поставлене завдання вирішується тим, що у способі отримання монокристалів орто-дифосфату натрію-індію Nа7(InР2О7) 4(РO4), який передбачає змішування натрійвмісного, фосфорвмісного компонентів та оксиду індію (Іn2О3) (в кількості 12-14%мас.), нагрівання отриманої суміші методом ізотермічного насичення до утворення високотемпературного лужно-фосфатного розплаву згідно винаходу при змішуванні додають метаванадат натрію (NaVO3) в кількості 10-15%мас., а оптимальним режимом є витримування лужно-фосфатного розплаву на протязі 2-3 год та охолодження його зі швидкістю 5-7град/год. У запропонованому способі, завдяки отриманню при нагріванні низькотопкого фосфатно-ванадатного розплаву, як середовища синтезу монокристалів орто-дифосфату натрію-індію, стає можливим отримання монокристалів значних розмірів при зменшенні часу взаємодії. Значне поліпшення технологічних умов синтезу пов'язане з особливостями фізико-хімічних процесів, що мають місце у багатокомпонентних розплавах, що містять оксиди ванадію та фосфору. Застосування багатокомпонентної саме запропонованої високотемпературної системи дозволяє прискорити процес розчинення оксиду індію в утвореному розплаві. ° ° Внаслідок значної різниці йоних радіусів катіонів: In3+ (0,92 A ) та V5+ (0,48 A ) гетеровалентне заміщення в даному стр уктурному типі малоймовірно, а отже й концентрація V5+ в монокристалах орто-дифосфату натріюіндію незначна. Завдяки кристалізації з розплаву фосфато-ванадатної системи, стає можливим вирощувати якісні монокристали орто-дифосфату натрію-індію з високим виходом 40-50%. Приклад 1. Суміш, що містить: гексаметафосфат натрію (Na6P6O18) (36%мас.), натрію пірофосфорнокислого (Nа4P2О7) (38%мас.), метаванадату натрію [(Na VO3) (13% масс.) та оксиду індію (III) (Іn2 О3) (13%мас.), нагрівають в порцеляновому тиглі до температури 1173К. Отриманий високотемпературний лужно-фосфатний розплав витримують впродовж 2,5год, та охолоджують зі швидкістю 6 град/год до температури 973К. Розплав зливають, а тигель з монокристалами орто-дифосфату натрію-індію охолоджують до кімнатної температури. Отримані монокристали орто-дифосфату натрію-індію Nа7(InР2О7)4(РO4) відмивають від залишків розплаву гарячою водою. Значна частина отриманих в такий спосіб монокристалів має лінійні розміри 6,0х2,0х2,0 мм. Загальний вихід монокристалів орто-дифосфату натрію-індію, по відношенню до кристалоутворюючи х компонентів складає 45%. Кількість метаванадату натрію (NаVО3) підібрано експериментально та дозволяє отримувати монокристали в високотемпературному лужно-фосфатному розплаві певної в'язкості. Зниження вмісту NaVO3 призводить до підвищення в'язкості, а збільшення до її зниження, що негативно впливає на якість монокристалів та зменшує їх вихід. Як видно, що при використанні запропонованого способу відбувається отримання якісних, без сторонніх включень, монокристалів орто-дифосфату натрію-індію Nа7(InР2О7)4(РO4) з розмірами до 6,0х2,0х2,0мм при зменшенні часу взаємодії і збільшенні їх ви ходу.