Спосіб вирощування монокристалів твердих розчинів купрум броміду-йодиду пентатіофосфату cu6ps5(br0,5i0,5) за допомогою хімічних транспортних реакцій

Реферат: Винахід належить до галузі неорганічної хімії. Спосіб вирощування монокристалів твердих розчинів купрум броміду-йодиду пентатіофосфату Cu6PS5(Br0,5I0,5) за допомогою хімічних транспортних реакцій, який включає ступінчастий нагрів вакуумованих кварцових ампул, що містять вихідні компоненти у необхідному стехіометричному співвідношенні, до максимальної температури і витримку при цій же температурі протягом 24 годин та подальше вирощування монокристалів, як вихідні компоненти для синтезу використовують елементарні: мідь, фосфор і сірку та бінарні: бромід міді CuBr та йодид міді CuI, при цьому максимальна температура синтезу становить 943±5 К, а вирощування проводять з використанням як транспортуючого UA 98263 C2 (12) UA 98263 C2 агента стехіометричної суміші CuBr/CuI з розрахунку 20 мг/см Використання винаходу дозволяє спростити спосіб. 3 вільного об'єму ампули. UA 98263 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до технології вирощування монокристалів, зокрема до вирощування монокристалів галогенхалькогенідів за допомогою газотранспортних реакцій. Відоме використання газотранспортних реакцій для вирощування монокристалів галогенхалькогенідів купруму [1,2]. Недоліком вказаного способу є використання як вихідної сировини попередньо синтезованого галогенхалькогеніду. Найбільш близьким до запропонованого є спосіб, описаний в [3]. Задача винаходу полягає у поєднанні синтезу вихідної шихти твердого розчину галогенхалькогенідів купруму та вирощування монокристалів за допомогою хімічних транспортних реакцій. Поставлена задача досягається таким чином, що запропоновано спосіб вирощування монокристалів твердих розчинів купрум броміду-йодиду пентатіофосфату Cu6PS5(Br0,5I0,5) за допомогою хімічних транспортних реакцій, який включає ступінчастий нагрів вакуумованих кварцових ампул, що містять вихідні компоненти у необхідному стехіометричному співвідношенні, до максимальної температури і витримку при цій же температурі протягом 24 годин та подальше вирощування монокристалів, і який відрізняється тим, що як вихідні компоненти для синтезу використовують елементарні мідь, фосфор і сірку та бінарні бромід міді CuBr та йодид міді Cul, при цьому максимальна температура синтезу становить 943±5 К, а вирощування проводиться з використанням як транспортуючого агента стехіометричної суміші 3 CuBr/CuІ з розрахунку 20 мг/см вільного об'єму ампули. Перевагою запропонованого способу перед способом – найближчим аналогом є те, що синтез вихідної шихти твердого розчину галогенхалькогенідів купруму та вирощування монокристалів за допомогою хімічних транспортних реакцій [4] поєднуються в одному технологічному циклі. Спосіб здійснювали наступним чином. Приклад. Для одержання 10 г твердого розчину Cu6PS5(Br0,5І0,5) брали 4,7003 г Сu, 0,4582 г Р, 2,3718 г S, 1,0610 г CuBr і 1,4087 г СuІ і завантажували у кварцову ампулу довжиною 160-180 мм та діаметром 20-22 мм. Додатково як транспортуючий агент в ампулу додавали стехіометричну 3 3 суміш (0,5 моль СuВr/0,5 моль СuІ) з розрахунку 20 мг/см вільного об'єму ампули (на 100 см -3 0,8592 г CuBr та 1,1408 г СuІ). Ампулу відкачували до залишкового тиску 10 Па і проводили синтез. Для синтезу та вирощування монокристалів використовували мідь марки М-000, фосфор ос.ч. 9-3, сірку ос.ч. 15-3 та попередньо синтезовані CuBr та СuІ [5]. Додаткову очистку CuBr та СuІ проводили методом вакуумної дистиляції. Завантажену ампулу поміщали у горизонтальну трубчату двозонну піч опору з електронним контролем та регулюванням температури. Ампулу нагрівали з швидкістю 100 К/год до 673 К 5 витримка при цій температурі 24 год; потім - з швидкістю 50 К/год. до 773 К, витримували 24 - 36 год; далі - з швидкістю 50 К/год. до 943 К, і витримували при цій температурі 24 год. Під час синтезу температуру у зоні, де знаходиться вільний кінець ампули, підтримували на 40-50 К вищою за температуру, де знаходиться шихта для вирощування монокристалів. Після проведення синтезу у тих самих ампулах методом хімічних транспортних реакцій (ХТР) вирощувалися монокристали твердого розчину Cu6PS5(Br0,5І0,5). Для цього змінювали температурний режим так, щоб температура у вільному кінці ампули (зона росту) була на 40-50 К нижчою за температуру в зоні синтезу. Оптимальними умовами вирощування виявились температура 923-943 К в зоні випаровування та 873-903 К в зоні кристалізації, час вирощування монокристалів складав 320-360 годин. При цих умовах методом газотранспортних реакцій 3 одержано монокристали розміром до 4*5*2 мм Одержаний продукт досліджували методами рентгенівського фазового (РФА) та денситометричного (гідростатичне зважування) аналізів. Дифрактограма твердого розчину Cu6PS5(Br0,5I0,5) (фіг. 1) проіндексована в гранецентрованій кубічній комірці. Структурні параметри: просторова група F 4 3m, а = 9.765(2) Å, Z = 4. Густина, визначена методом 3 гідростатичного зважування (толуен, 20 °С) становить 4815±10 кг/м , а розрахована за 3 рентгенівськими даними - 4824 кг/м , що є близькими до приведених у літературі: а = 9.768(8) 3 Å, ρ(рентг.) = 4827 кг/м [4]. Винахід може бути використаний при одержанні патентозахищеного суперіонного матеріалу з високою катіонною провідністю при кімнатній температурі. Джерела інформації 1. Панько В.В., Студеняк И.П., Дьордяй B.C., Ковач Д.Ш., Борец А.Н., Ворошилов Ю.В. Влияние условий получения на свойства кристаллов Cu6PS5Hal // Неорг. материалы. -1988.Т.24, №1. - С. 120-123. 1 UA 98263 C2 5 10 2. Studenyak I.P, Kranjcec M., Mykailo O.A., Bilanchuk V.V., Panko V.V., Tovt V.V. Crystal growth, structural and optical parameters of Cu6PS5(Bri.xIx) superionic conductors // J. Optoelectron. Adv. Mater. - 2001. - Vol.3, №4. - P.879-884. 3. Спосіб вирощування монокристалів купрум йодиду-пентатіоарсенату Cu6AsSsI за допомогою хімічних транспортних реакцій: Патент України №54730, МІЖ (2006) С30В 11/14/ Кохан О.П., Панько В.В., Мінець Ю.В., Студеняк І.П., - №и2010044591; Заявлено 19.04.2010; Опубл. 25.11.2010, Бюл. №22. – найближчий аналог. 4. Gagor A., Pietraszko A., Drozd M., Polomska M., Pawlaczyk Cz., Kaynts D. Structural phase transitions and conduction properties of superionic, ferroelastic Cu 6PS5Br1-xIx single crystals (x= 1, 0.75, 0.5, 0.25) // J. Phys.: Condens. Matter. -2006. - Vol. 18. - P. 4489-4502. 5. Брауэр Г. Руководство по неорганическому синтезу. В 6-ти томах /Пер. с нем. Н.А. Добрыниной, В.Н. Постнова, С.И.Троянова.- Т.4. - М: Мир. - 1985. - 392 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 Спосіб вирощування монокристалів твердих розчинів купрум броміду-йодиду пентатіофосфату Cu6PS5(Br0,5I0,5) за допомогою хімічних транспортних реакцій, який включає ступінчастий нагрів вакуумованих кварцових ампул, що містять вихідні компоненти у необхідному стехіометричному співвідношенні, до максимальної температури і витримку при цій же температурі протягом 24 годин та подальше вирощування монокристалів, і який відрізняється тим, що як вихідні компоненти для синтезу використовують елементарні: мідь, фосфор і сірку та бінарні: бромід міді CuBr та йодид міді CuI, при цьому максимальна температура синтезу становить 943±5 К, а вирощування проводять з використанням як транспортуючого агента стехіометричної суміші 3 CuBr/CuI з розрахунку 20 мг/см вільного об'єму ампули. Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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