Спосіб визначення кількісного вмісту домішок у твердих тілах

Спосіб визначення кількісного вмісту домішок у твердих тіла х, що включає кількісний аналіз досліджуваних матеріалів, який відрізняється тим, що для кількісного визначення домішок у твердих тілах використовують оптико-рефрактометричний аналіз, а саме: проводять дослідження краю оптичного поглинання та дисперсії показників заломлення n, знаходять експериментальне значення ширини оптичної псевдощілини E*g,експ, визначають розрахункову молярну рефракцію за формулою: μ n2 - 1 ´ , ρ n2 + 2 а за ним знаходять розрахункове значення ширини оптичної псевдощілини E*g,розр за формулою: 1/3 ù é ö μ ê 2 æ * ç ÷ Εg,розр » Εрν ê - 1ú, ú η3 ç 3ρρ розр ÷ è ø ê ú ë û Корисна модель відноситься до області фізики твердого тіла, зокрема до способів дослідження структурних параметрів твердих тіл, і може бути використана як ефективний та надійний спосіб визначення кількісного вмісту домішок у твердих тілах шля хом проведення оптикорефрактометричного аналізу. Загальновідомо, що навіть у надчистих монокристалах концентрація залишкових домішок складає не менше 1010см -3. Леговані ж кристали можуть містити таку кількість домішок, яка співрозмірна з кількістю атомних місць у матеріалі. Наявність домішок приводить до структурного розупорядкування кристалічної ґратки, що, у свою чергу, впливає на перебіг фізичних процесів та властивості твердих тіл. Найбільш близьким до запропонованого способу визначення кількісного вмісту домішок у твердих тілах є метод хімічного аналізу [1]. Недоліком цього методу є те, що він є дуже складним та трудомістким, особливо у випадку багатокомпонентних сполук. Завданням корисної моделі є створення способу визначення кількісного вмісту домішок у твердих тілах, який дозволяв би надійно та ефектив но визначати кількісний вміст домішок у твердих тілах шля хом проведення оптикорефрактометричного аналізу [2]. Оптикорефрактометричний аналіз полягає в тому, що для одержання розрахункових значень ширини оптичної псевдощілини Е*g та дисперсійних залежностей показника заломлення n використовують відоме оптико-рефрактометричне (ОР) співвідношення [2] Rрозр = де s=2 для середньої та s=3 для високоенергетичної частин області прозорості, hn - енергія фотонів, h s та Es - підгоночні параметри, а енергія E плазмових коливань валентних електронів pu визначається як E p u = 28,82 n ur (eB), m (2) 35524 (11) UA (1) (19) s s sæ E2 ö æ hn ö 1n2 (hn ) + 2 æ h s ö ç g ÷ ÷ , L(hn ) º =ç ÷ ç1 + ÷ -ç çE ÷ Ep u ÷ 3n2 (hn) - 1 è 2 ø ç è sø è ø (13) U потім за вищенаведеною формулою за значенням E*g,експ розраховують відповідне значення Rексп, після чого за формулою: Rексп - Rрозр δ= , R дом де Rдом - рефракція домішки, визначають кількісний вміст d домішок у твердому тілі. 3 35524 де nu - число валентних електронів на формульну одиницю, r - густина, m - молярна маса. Поставлене завдання досягається таким чином, що запропоновано спосіб визначення кількісного вмісту домішок у твердих тілах, який включає кількісний аналіз досліджуваних матеріалів, який, згідно корисної моделі, відрізняється тим, що для кількісного визначення домішок у твердих тілах використовують оптико-рефрактометричний аналіз, а саме, проводять дослідження краю оптичного поглинання та дисперсії показників заломлення n, знаходять експериментальне значення ширини оптичної псевдощілини E*g,експ, визначають розрахункову молярну рефракцію за формулою 2 m n -1 (3) Rрозр = ´ , r n2 + 2 а за ним знаходять розрахункове значення ширини оптичної псевдощілини E*g,експ за формулою: é 1/ 3 ù ö 2 æ m ç ÷ E *.розр » Eрn ê - 1ú, g ê h ç 3rR ú 3è розр ÷ ê ø ú ë û (4) потім за формулою (4) за значенням E*g,експ розраховують відповідне значення Rексп, після чого за формулою R експ - Rрозр (5) d= , R дом де Rдом - рефракція домішки, визначають кількісний вміст d домішок у твердому тілі. Запропонований спосіб визначення кількісного вмісту домішок у твердих тілах, у порівнянні зі способом-найближчим аналогом, дозволяє надійно та ефективно визначати кількісний вміст домішок у твердих тілах шляхом проведення оптикорефрактометричного аналізу. Спосіб здійснюється наступним чином: спектрометричним методом досліджують спектральні залежності коефіцієнтів поглинання твердих тіл, а методом призми - дисперсійні залежності показників заломлення. Потім за енергетичним положенням краю поглинання при фіксованому значенні коефіцієнта поглинання a *=103см -1 визначають експериментальне значення ширини оптичної псевдощілини E*g,експ, за формулою (3) знаходять Rpозр, а за формулою (4) значення E*g,розр. Для того, щоб забезпечити виконання умови E*g,експ » E*g,розр, необхідно визначене за формулою (4) значення Rексп представити у вигляді Rексп=Rpозр+dRдом . Тоді, виходячи із стр уктурнохімічної схеми для конкретного твердого тіла та використовуючи значення рефракцій для окремих атомів, знаходять за формулою (5) кількісний вміст d домішок у твердому тілі. Приклад конкретного використання запропонованого способу. За допомогою запропонованого способу визначено кількісний вміст домішок атомів Сu в суперіонних кристалах Cu6+dPS5Cl. Спектральні залежності коефіцієнтів пропускання T та відбивної здатності r досліджувалися за допомогою ґраткового монохроматора МДР-3, а значення коефіцієнтів поглинання ос розраховувалися за формулою 4 é ù 1 ê (1 - r )2 + (1- r )4 + 4T2r 2 ú (6) lnê ú, d 2T ê ú ë û де d - товщина зразка. Вимірювання показників заломлення проводилися методом призми (метод нормального падіння), для чого зразки виготовлялися у вигляді тонких призм площею 10x5мм 2 з заломлюючими кутами, які становили 11-12°. За результатами досліджень краю оптичного поглинання в суперіонних кристалах Cu6PS5Cl (Фіг.1) було виявлено суттєву різницю між експериментальним E*g,експ=2.28еВ та розрахованим за формулою (4) значенням ширини оптичної псевдощілини E*g,розр=2.63еВ [3]. Розрахунок E*g,розр проводився за визначеним за формулою (3) значенням Rpозр, причому для знаходження останнього використовувалося експериментальне значення показника заломлення при l=5мкм (Фіг.2). Виходячи із особливостей кристалічної структури та специфіки вирощування суперіонних сполук цього класу, було зроблено припущення, що в реальних кристалах Cu6+dPS5CI містяться домішки атомів міді [3]. Кількісну оцінку такого впливу було проведено для атомної рефракції Cu (RCu=18см 3/моль [4]) в структурно-хімічній схемі CudCu6+P5+S52-Cl- і за формулою RCu 6+dPS 5X - RCu6PS 5X (7) d= R Cu було знайдено, що при d=0,288 E*g,розр »2,28еВ. При цьому ви ходили з постійності відношення m/r. Таким чином, було показано, що суттєве зменшення E*g, для кристала Cu6+dPS5Cl обумовлене наявністю домішок атомів міді. Даний факт пізніше було підтверджено результатами рентгеноструктурних досліджень [5]. Корисна модель може бути використанa у науково-дослідних лабораторіях при дослідженні структурних параметрів твердих тіл з метою їх використання у ролі функціональних елементів для оптоелектроніки. Джерела інформації: 1. Медь (Аналитическая химия элементов) / В.Н. Подчайнова, Л.Н., Симонова. - М.: Наука, 1990. - 279с. – найближчий аналог. 2. Борец А.Н. Об оптико-рефрактометрической закономерности для неметаллических изотропных веществ // Укр. физ. журн. - 1983. - Т.28, №9. С.1346-1350. 3. Борец А.Н., Ковач Д.Ш., Студеняк И.П., Панько В.В., Росола И.И. Оптикорефрактометрическая закономерность и дисперсия показателей преломления суперионных кристаллов Cu6PS5Hal // Укр. физ. журн. - 1986. - Т.31, №8. - С.1201-1204. 4. Бацанов С.С. Структурная рефрактометрия. - М.: Высшая школа, 1976. - 304с. 5. Nilges Т., Pfitzner A. A structural differentiation of quaternary copper argyrodites: Structure - property relations of high temperature ion conductors // Z. Kristallogr. - 2005. - Vol.220. - P.281-294. a= 5 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 35524 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601