Спосіб вирощування монокристалів bіv0,92nb0,08o4

Реферат: Спосіб вирощування монокристалів BiV0,92Nb0,08О4 включає приготування шихти із суміші оксидів, двостадійного відпалу при температурах 1000 і 1100 К протягом 6 год., плавлення шихти при температурі 1250-1280 К, витримки розплаву протягом 1-3 годин та вирощування за методом Чохральського. У шихту добавляють 8 мол. % п'ятиокису ніобію, кристали вирощуються зі швидкістю витягування 0,1-0,6 мм/год. та обертання 5-20 об/хв. UA 83344 U (54) СПОСІБ ВИРОЩУВАННЯ МОНОКРИСТАЛІВ BіV0,92Nb0,08O4 UA 83344 U UA 83344 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до галузі вирощування штучних кристалів і може бути використана як матеріал для приладів функціональної електроніки та пасивної оптики. Поліморфні сполуки із загальною формулою АВО 4, де А - тривалентні катіони (Ві, Sb, Y та інші), В п'ятивалентні катіони (V, Nb, Та) широко використовуються у функціональній електроніці, лазерній техніці та нанотехнологіях. В науковій та патентній літературі описано застосування кераміки та тонких плівок BiVO4 як ефективних іонно-електронних провідників, фотокаталізаторів при розщепленні води та органічних сполук [1-4]. Монокристали BiVO4 мають значне двозаломлення (∆n = 0,45 при λ = 0,6 мкм), що дуже важливо для матеріалів пасивної оптики. У літературі описаний спосіб вирощування кристалів BiVO4 за методом Чохральського [5], який вибрано як прототип. Цей спосіб включає приготування шихти із стехіометричної суміші оксидів Вi2О3 та V2O5 марки "осч", двостадійного відпалу шихти при температурах 1000 і 1100 К протягом 6 год., плавлення шихти при температурі 1250-1280 К, витримки розплаву протягом 1-3 год. та вирощування кристалу за методом Чохральського зі швидкістю витягування 3-6 мм/год., обертання - 60 об/хв. Перевагою цього способу є здатність отримати монодоменний кристал достатньо великих розмірів (довжиною 5 см та діаметром 2 см). Головним недоліком цього методу є те, що вирощені кристали мають сегнетоеластичний фазовий перехід при температурі 528 К з тетрагональної у моноклінну модифікацію, а також доменну структуру при нормальних умовах, яка може негативно впливати на їх оптичну якість. Для корисної моделі поставлена задача: на основі BiVO 4 отримати монокристал гарної 3 оптичної якості з тетрагональною симетрією при нормальних умовах, розміром більш ніж 3 см та без двійників. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі вирощування кристалів, який включає приготування шихти із суміші оксидів з двостадійним відпалом, плавлення шихти, витримки розплаву та вирощування за методом Чохральського згідно з корисною моделлю приготування шихти здійснюється з добавкою 8 мол. % п'ятиокису ніобію і вирощування кристалу здійснюється витягуванням з розплаву на затравку зі швидкістю витягування 0,1-0,6 мм/год. та обертання 5-20 об/хв. 3 Отримані кристали BiV0,92Nb0,08O4 мають тетрагональну симетрію, об'єм більш 3 см , прозорі та без двійників. Заявлений спосіб здійснюється таким чином. Оксиди Ві2О3, V2O5, Nb2O5, марки "особливо чисті" навішуються в співвідношенні: 50 мол. % Ві2О3, 42 мол. % V2O5 і 8 мол. % Nb2O5 та змішуються на етиловому спирту. Суміш пресують у таблетку та нагрівають у платиновій чашці до температури 1000 К і витримують протягом 6 годин. Після охолодження таблетка роздрібнюється та шихта знову розтирається на етиловому спирту. Потім її знов пресують у таблетку та нагрівають у платиновому тиглі до температури 1100 К і витримують протягом 6 годин. Після чого температуру підвищують до 1250-1280 К. При цьому шихта плавиться і розплав витримують протягом 1-3 годин. Вирощування за методом Чохральського здійснюється шляхом витягування затравки з розплаву зі швидкістю 0,1-0,6 мм/год. та її обертання зі швидкістю 5-20 обертів/хв. Результати експериментального визначення швидкості витягування та обертання та їх впливу на якість кристалів наведено у таблиці. Отриманий результат відповідає прикладу 2. Таблиця Приклад № Швидкість витягування, мм/год. Швидкість обертання, об/хв. 1 0,1 5 2 0,2 10 3 0,6 20 4 0,1 20 45 1 Результат Кристалічна буля задовільної якості, поверхня протравлена парами розплаву, можуть бути двійники. Кристали гарної оптичної якості, без двійників. Кристали можуть мати включення бульбашок. Кристалічна буля задовільної якості, але можуть бути бульбашки та двійники. UA 83344 U Продовження таблиці Приклад № 25 0,6 25 1 10 8 20 20 7 15 0,2 6 10 Швидкість обертання, об/хв. 5 5 Швидкість витягування, мм/год. 1 25 Результат Кристалічна буля може мати включення бульбашок на вісі обертання. Кристалічна буля має двійники. Буля має двійники та непрозорі включення. Затравка постійно відривається від розплаву. Приклад 2. Оксиди Ві2О3, V2O5, Nb2O5, марки "особливо чисті" у співвідношенні: 50 мол. % Ві2О3, 42 мол. % V2O5 і 8 мол. % Nb2O5 (232,98 гр., 76,39 гр. та 21,26 гр. відповідно) розтирались у етиловому спирті, пресувались у таблетку та нагрівались у платиновій чашці до температури 1000 К і витримувались протягом 6 годин. Після охолодження таблетка розтиралась на етиловому спирту знов пресувалась у таблетку та нагрівалась у платиновому тиглі до температури 1100 К і витримують протягом 6 годин. Після чого температуру підвищували до 1270 К. При цьому шихта плавилась і розплав витримували протягом 3 годин. Потім здійснювалось вирощування кристалів BiV 0,92Nb0,08O4 за методом Чохральського зі швидкістю обертання затравки - 10 об/хв. та швидкістю витягування - 0,2 мм/год. Охолодження розплаву під час вирощування здійснювалось протягом 4 годин зі швидкістю 0,8 К/год., а потім, до кінця росту, зі швидкістю 0,4 К/год. Охолодження кристалу після відриву від розплаву здійснювалось зі швидкістю 15 К/год. до 900 К, а потім - 50 К/год. до кімнатної температури. Отриманий за таким прикладом кристал гарної оптичної якості був червоно-брунастого відтінку, мав діаметр 2 см та довжину 4 см та не містив двійників. Такі кристали можуть бути ефективними матеріалами для пристроїв функціональної електроніки та пасивної оптики. Джерела інформації: 1. Photochemical decomposition of water on nanocrystalline BiVO 4 film electrodes under visible light/ Kazuniro Sayama and oth// The Royal Society of Chemistry-2003. - P. 2908-2909. 2. The two elements antennas using BiNbO4 as the substrate/ Di Zhou, Wei Wu, Hong Wang, Yansheng Jiang, Xi Yao// Material Science and Engineering: A. - July 2007. - V. 460-461-P. 652-655. 3. Water-splitting using photocatalytic porphyrin-nanotube composite devices/ Shelnutt and oth.// United States Patent No. 7.338.590.-2008. 3+ 3+ 3+ 4. Chemical co-precipitation synthesis of luminescent BixY1-xVO4:Re (Re=Eu , Dy , Er ) phosphors from hybrid precursors/ Bing Yan, Xue-Quing Su// Journal of Non-Crystalline Solids.-2006. V.352, Issue 1. - P. 3275-3279. 5. Сегнетоэластические свойства монокристаллов ванадата висмута// Мнушкина И.В.// Дисс. на соиск. степени кандидата физ.-мат. наук. Днепропетровск, 1984, 129 с. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Спосіб вирощування монокристалів BiV0,92Nb0,08О4, що включає приготування шихти із суміші оксидів, двостадійного відпалу при температурах 1000 і 1100 К протягом 6 год., плавлення шихти при температурі 1250-1280 К, витримки розплаву протягом 1-3 годин та вирощування за методом Чохральського, який відрізняється тим, що у шихту добавляють 8 мол. % п'ятиокису ніобію, кристали вирощуються зі швидкістю витягування 0,1-0,6 мм/год. та обертання 5-20 об/хв. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2