Спосіб визначення кількісного вмісту домішок у твердих тілах

Спосіб визначення кількісного вмісту домішок у твердих тілах, що включає кількісний аналіз досліджуваних матеріалів, який відрізняється тим, що кількісний вміст домішок у твердих тілах визначають оптико-рефрактометричним аналізом, при цьому проводять дослідження краю оптичного поглинання та дисперсії показників заломлення n твердих тіл, знаходять експериментальне значен де m - молярна маса досліджуваного твердого тіла, r - густина досліджуваного твердого тіла, а за цією формулою знаходять розрахункове зна ня ширини оптичної псевдощілини E* , експ , визнаg де Rдом - рефракція домішки, визначають кількіс чають розрахункову молярну рефракцію Rрозр за ний вміст d домішок у твердому тілі. чення ширини оптичної псевдощілини E* , розр за g формулою: é 2 E* , розр » Epv ê g ê h3 ê ë æ m ç ç 3rRрозр è 1/ 3 ö ÷ ÷ ø ù - 1ú ú ú û , де Epv - енергія плазмових коливань валентних електронів, h3 - підганяльний параметр для дисперсійної залежності показника заломлення у високоенергетичній частині області прозорості, потім за знайденим значенням E* , експ розраховують g Rексп - Rрозр Rдом , m n2 - 1 ´ , r n2 + 1 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 винаходу є створення способу визначення кількісного вмісту домішок у твердих тілах, який дозволяв би надійно та ефективно визначати кількісний вміст домішок у твердих тілах шляхом проведення оптико-рефрактометричного аналізу [2]. Оптико-рефрактометричний аналіз полягає в тому, що для одержання розрахункових (19) Винахід відноситься до області фізики твердого тіла, зокрема до способів дослідження структурних параметрів твердих тіл, і може бути використаний як ефективний та надійний спосіб визначення кількісного вмісту домішок у твердих тілах шляхом 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 UA (11) Rрозр = 88830 формулою (13) d= C2 відповідне значення експериментальної молярної рефракції Rексп , після чого за формулою 3 88830 значень ширини оптичної псевдощілини E* та g дисперсійних залежностей показника заломлення n використовують відоме оптикорефрактометричне (ОР) співвідношення [2] 1 n2 (hn ) + 2 æ hs ö =ç ÷ 3 n2 (hn ) - 1 è 2 ø L(hv ) º s sæ * ö ç1 + Eg ÷ ç E ÷ pu ø è , s nu r (eB ) , m (2) 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 винаходу, 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* , експ , визначають розg рахункову молярну рефракцію за формулою m n2 - 1 , ´ r n2 + 2 (3) а за ним знаходять розрахункове значення шириRрозр = * Eg,розр é 2 » Epn ê ê h3 ê ë æ m ç ç 3rRрозр è 1/ 3 ö ÷ ÷ ø за формулою: ù - 1ú , ú ú û потім за формулою (4) за значенням (4) E* , експ g вдощілини E* , експ за формулою (3) знаходять g Rpозр, а за формулою (4) значення E* , розр. Для g E* , експ g Epu = 28.82 ни оптичної псевдо щілини коефіцієнта поглинання a*=103см-1 визначають експериментальне значення ширини оптичної псе того, æ hn ö ÷ -ç çE ÷ è sø (1) де s=2 для середньої та s=3 для високоенергетичної частин області прозорості, hn - енергія фотонів, hs та Es - підгоночні параметри, а енергія плазмових коливань валентних електронів Ерu визначається як E* , розр g 4 роз раховують відповідне значення Reкcп., після чого за формулою Rексп - Rрозр d= , R дом (5) 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-прототипом, 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 щоб » E* , розр g забезпечити виконання умови , необхідно визначене за форму лою (4) значення Reксп представити у вигляді Rексп=Rрозp+dRдом. Тоді, виходячи із структурнохімічної 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 Т та відбивної здатності r досліджувалися за допомогою ґраткового монохроматора МДР-3, а значення коефіцієнтів поглинання a розраховувалися за формулою é ù 2 4 1 (1 - r ) + (1 - r ) + 4T 2r 2 ú a = ln ê , ú 2T d ê ê ú ë û (6) де d - товщина зразка. Вимірювання показників заломлення проводилися методом призми (метод нормального падіння), для чого зразки виготовлялися у вигляді тонких призм площею 10´5мм2 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* , експ =2.2% eB та розрахованим за форg мулою (4) значенням ширини оптичної псевдощілини E* , розр. =2.63 eB [3]. Розрахунок E* , розр. g g проводився за визначеним за формулою (3) значенням Rpoзp, 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+dPS5Cl містяться домішки атомів міді [3]. Кількісну оцінку такого впливу було проведено для атомної рефракції Cu (RCu=18см3/моль [4]) в структурно-хімічній схемі CudCu6+P5+S52-Cl і за формулою RCu6+dPS 5 X - RCu 6PS 5 X d= RCu (7) було знайдено, що при d=0.28 E* , розр. » 2 .28 eB . g При цьому виходили з постійності відношення m/r. Таким чином, було показано, що суттєве зменшення E* для кристала Cu6+dPS5Cl обумовлене g наявністю домішок атомів міді. Даний факт пізніше було підтверджено результатами рентгеноструктурних досліджень [5]. Винахід може бути використаний у науководослідних лабораторіях при дослідженні структур 5 88830 них 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. – прототип. 2. Борец А.Н. Об оптико-рефрактометрической закономерности для неметаллических изотропных веществ // Укр. физ. журн. - 1983. - Т.28, №9. С.1346-1350. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 6 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. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601