Спосіб вирощування монокристалів твердих розчинів купрум хлориду-броміду пентатіофосфату cu6ps5cl0,5br0,5 за допомогою хімічних транспортних реакцій

Реферат: Винахід належить до галузі неорганічної хімії. Спосіб вирощування монокристалів твердих розчинів купрум хлориду-броміду пентатіофосфату Cu6PS5Cl0,5Br0,5 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 хлорид міді CuCl та бромід міді CuBr, при цьому максимальна температура UA 100201 C2 (12) UA 100201 C2 синтезу становить 943±5 K, а вирощування проводиться з використанням як транспортуючого 3 агента стехіометричної суміші CuCl/CuBr з розрахунку 20 мг/см вільного об'єму ампули. Запропонований спосіб дозволяє одержувати монокристали за більш спрощеною технологією. UA 100201 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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]. Задачею винаходу є поєднання синтезу вихідної шихти твердого розчину галогенхалькогенідів купруму та вирощування монокристалів за допомогою хімічних транспортних реакцій. Поставлена задача досягається таким чином, що спосіб вирощування монокристалів твердих розчинів купрум хлориду-броміду пентатіофосфату Cu6PS5Cl0,5Br00,5 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 хлорид міді CuCl та бромід міді CuBr, при цьому максимальна температура синтезу становить 943±5 К, а вирощування проводиться з використанням як транспортуючого агента стехіометричної суміші CuCl/CuBr з 3 розрахунку 20 мг/см вільного об'єму ампули. Перевагою запропонованого способу перед способом - прототипом 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(Cl0.5Br0.5) брали 5,0413 г Сu, 0,4915 г Ρ, 2,5439 г S, 0,7854 г CuCl і 1,1380 г СuВr 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 CuCl/0,5 моль CuBr) з розрахунку 20 мг/см вільного об'єму ампули (на 100 см -3 0,8167 г CuCl та 1,1833 г CuBr). Ампулу відкачували до залишкового тиску 10 Па і проводили синтез. Для синтезу та вирощування монокристалів використовували мідь марки М-000, фосфор В-3, сірку ос.ч. 15-3 та попередньо синтезовані CuCl та CuBr [5]. Додаткову очистку CuBr та CuCl 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, витримка при цій температурі 24 год.; потім - з швидкістю 50 К/год. до 773 К, витримували 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 30-40 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 Cu 6PS5(Cl0,5Br0,5). 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 893-903 К в зоні кристалізації, час вирощування монокристалів складав 300-360 годин. При цих умовах методом газотранспортних реакцій 3 одержано монокристали розміром до 4×3×2 мм (фіг. 1). Одержаний продукт досліджували методами рентгенівського фазового (РФА) та денситометричного (гідростатичне зважування) аналізів. Дифрактограма твердого розчину Cu6PS5(Cl0,5Br0,5) (фіг. 2) проіндексована в гранецентрованій кубічній комірці. Структурні параметри: просторова група F 43m , а = 9,716(2)Å, Ζ = 4. Густина, визначена методом 3 гідростатичного зважування (толуен, 20 °C) становить 4545±10 кг/м , а розрахована за 3 рентгенівськими даними - 4566 кг/м . 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. 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(Br1-xIx) superionic conductors // J. Optoelectron. Adv. Mater.-2001. - Vol.3, № 4. -P. 879-884. 1 UA 100201 C2 5 3. Спосіб вирощування монокристалів купрум йодиду-пентатіоарсенату Cu6AsS5I за допомогою хімічних транспортних реакцій: Патент України № 54730, МПК (2006) С30В 11/14/ Кохан О. П., Панько В. В., Мінець Ю. В., Студеняк І. П., - № u2010044591; Заявлено 19.04.2010; Опубл. 25.11.2010, Бюл. № 22. 4. Gagor Α., Pietraszko Α., Drozd Μ., 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. 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 Спосіб вирощування монокристалів твердих розчинів купрум хлориду-броміду пентатіофосфату Cu6PS5Cl0,5Br0,5 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, який відрізняється тим, що як вихідні компоненти для синтезу використовують елементарні мідь, фосфор і сірку та бінарні хлорид міді CuCl та бромід міді CuBr, при цьому максимальна температура синтезу становить 943±5 K, а вирощування проводиться з використанням як транспортуючого агента стехіометричної суміші 3 CuCl/CuBr з розрахунку 20 мг/см вільного об'єму ампули. 2 UA 100201 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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 3