Спосіб отримання скла на основі діоксидів силіцію та германію, що містить нанокристали металічного германію

1 Спосіб отримання скла на основі дюксидів СИЛІЦІЮ та германію, що містить нанокристали металічного германію, який передбачає утворення гелю шляхом змішування таких вихідних компонентів тетрафеноксисилану Si(OC6Hs)4, германієорганічної кислоти, води, 2М водного розчину соляної кислоти, етилового спирту, нагрівання гелю при високих температурах до утворення скла з подальшим відновленням в атмосфері водню, який відрізняється тим, що при змішуванні ВИХІДНІ Винахід відноситься до області хімічної технологи та стосується отримання скла на основі дюксидів СИЛІЦІЮ та германію, що містить нанокристали металічного германію та може використовуватись як фотолюмінісцентний матеріал у оптикоелектронних приладах Найбільш близький за технічною суттю до винаходу є спосіб отримання скла на основі дюксидів СИЛІЦІЮ та германію, що містить нанокристали металічного германію з використанням методу відновлення гелів в атмосфері водню (Heqmg Yang, Xmgjun Wang, Huazhong Shi, Fujian Wang, Xiaoxiao Gu, Xi Yao Sol-gel preparation of Ge nanocrystals embedded in S1O2 glasses // Journal of Crystal Growth 236 (2002) 371-375), який передбачає утворення гелю шляхом змішування таких вихідних компонентів тетрафеноксисилану Si(OC6Hs)4, (1 моль) германій-органічної кислоти - 3-трихлорогерманій-етанова кислота (0,5 моль), води (2 моль), 2М водного розчину соляної кислоти, етилового спирту (1 моль), нагрівання утвореного гелю при високих температурах (600°С) на протязі 10 год до утворення скла з подальшим відновленням в кварцовій трубці в атмосфері водню при температурі 873К на протязі 10 годин до утворен ня 1 - 13нм кристалітів металічного германію в склі Основними недоліками наведеного способу отримання скла є замалий розмір отриманих кристалітів германію в склі, що значно ускладнює їх ідентифікацію, низька технологічність процесу та довготривалість отримання вихідного гелю, що призводить до низької продуктивності процесу В основу винаходу поставлено завдання такого удосконалення способу отримання скла на основі дюксиду СИЛІЦІЮ та германію, що містить нанокристали металічного германію, при якому за рахунок використання вихідних компонентів пропонованої КІЛЬКОСТІ, використання як германійорганічної кислоти 3-трихлоро-германій-бутановоі кислоти (CI3-Ge-C4H8-COOH) (0,2 - 0,3 моль), додаванням більш досконалого за своєю будовою органічного розчинника - ізопропилового спирту (1 - 1,1 моль) та проведення нагрівання в гідротермальних умовах, забезпечується отримання якісних кристалів германію в склі значних за розмірами (ЗО - ЮОнм) та прискорення і поліпшення технологічності процесу компоненти беруть у такій КІЛЬКОСТІ (МОЛІВ) тетра феноксисилану Si(OC6H5)4 1,2-1,3, води 3-4, ізопропилового спирту 1-1,1, як германієорганічну кислоту використовують 3-трихлоро-германійбутанову кислоту (Cl3-Ge-C4Hs-COOH) в КІЛЬКОСТІ 0,2-0,3 моля, 2М соляну кислоту додають у КІЛЬКОСТІ 30-31 мл, а нагрівання здійснюють в гідротермальних умовах 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що нагрівання здійснюють при 500-510К протягом 911 годин, відновлювання в атмосфері водню проводять у кварцовому реакторі при температурі 973-983К протягом 4-6 годин Поставлене завдання вирішується тим, що у способі отримання скла на основі дюксидів СИЛІЦІЮ 00 ю 59870 та германію, що містить нанокристали металічного германію, який передбачає утворення гелю шляхом змішування вихідних компонентів тетрафеноксисилану Si(OC6H5)4, германій-органічної кислоти, води, 2М водного розчину соляної кислоти, етилового спирту, нагрівання гелю при високих температурах до утворення скла з подальшим відновленням в атмосфері водню, згідно винаходу при змішуванні ВИХІДНІ компоненти беруть у такій КІЛЬКОСТІ (моль) тетрафеноксисилан Si(OC6Hs)4 1,2 1,3, воду 3 - 4, ізопропропіловий спирт 1 - 1 , 1 моль, як германій-органічну кислоту використовують 3-трихлоро-германій-бутанову кислоту (СІзGe-C4H8-COOH) в КІЛЬКОСТІ 0,2 - 0,3 моль, 2М соляну кислоту додають у КІЛЬКОСТІ ЗО - 31 мл, а нагрівання здійснюють в гідротермальних умовах при таких оптимальних режимах температура 500 - 510°К протягом 9 - 1 1 годин, відновлювання в атмосфері водню проводять у кварцовому реакторі при температурі 973 - 983°К протягом 4 - 6 годин У запропонованому способі завдяки використанню гідротермальної обробки та більш досконалих (ізопропіловий спирт) за своєю стереометричною будовою органічних сполук, а також використання компонентів пропонованої КІЛЬКОСТІ з'являється можливість отримувати монокристали більших розмірів порівняно з прототипом, за невеликі проміжки часу Зазначений ефект має місце за рахунок стереохімічного зв'язку між довжиною ланцюга в германій-органічній кислоті та можливості утворення вільнорадикальних станів в молекулі ізопропилового спирту Слід також зазначити, що можливість утворювати аморфні стани (гелі) в органічних субстанціях знаходиться в прямій залежності від довжини молекули, що утворює гель та збільшується із збільшенням її довжини Значне поліпшення технологічних умов синтезу пов'язано з особливостями фізико-хімічних процесів, що мають місце у водно-спиртових розчинах Застосування гідротермальної обробки суттєво прискорює утворення гелю, та дозволяє отримувати нанорозмірні кристали у склі зі значними розмірами ЗО ЮОнм Приклад 1 Змішували ВИХІДНІ компоненти тетрафенокси Комп'ютерна верстка А Крулевський силан Si(OC6H5)4 (1,25 моль), 3-трихлоро-германійбутанову кислоту (Cl3-Ge-C4Hs-COOH) (0,25 моль), ізопропіловий спирт (1,05 моль), етиловий спирт (1,75 моль), воду (3,5 моль), 2М соляну кислоту (30,5мл), отриману суміш, нагрівають в гідротермальних умовах до 505Кта витримують на протязі 10 год Охолоджують зі швидкістю 15 град/год до 300К Стримане в результаті нагрівання скло переносять у кварцевий реактор проточного типу для відновлення в атмосфері водню при температурі 978К протягом 5,0 годин Внаслідок відновлення скло містить нанокристали германію середніх розмірів ЗО - ЮОнм Наявність та статистичний аналіз розподілу кристалів у склі проводився методами спектроскопії оптичного поглинання та електронної спектроскопії Спосіб було здійснено також при граничних значеннях температурних режимів Як видно з проведених експериментів, саме при пропонованих режимах відбувається отримання нанорозмірних кристалів германію у склі на основі дюксиду СИЛІЦІЮ та германію, з середніми розмірами ЗО - ЮОнм, при зменшенні часу синтезу в 2,77 рази Відхилення КІЛЬКОСТІ ВИХІДНИХ компонентів в зазначеному концентраційному інтервалі не призводить до змін складу кінцевого скла та не впливає на розмір наночасточок металічного германію Слід зазначити, що вихід за пропоновані концентраційні інтервали вихідних компонентів призводить до труднощів в утворенні гелю та можливості виділення побічних продуктів, що забруднюють кінцевий продукт і не дозволяють точно визначити розмір наночасток Крім того виникає ризик виділення масивних германієвих кристалітів, які захоплюють елементи середовища утворюючи неоднорідний за концентрацією металу матеріал Що стосується режимів нагрівання і відновлення в атмосфері водню треба ВІДМІТИТИ, ЩО вони не складають суттєвих ознак оскільки можливе проведення пропонованого способу при інших режимах, наприклад аналогічних режимах за прототипом В цьому випадку буде спостерігатись незначне збільшення часу отримання скла на основі дюксиду СИЛІЦІЮ та германію, що містить нанокристали металічного германію Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна