Спосіб вирощування монокристалів biv0,92nb0,08o4

Реферат: Винахід стосується способів вирощування штучних кристалів. Спосіб вирощування кристалів BiV0,92Nb0,08O4, який включає приготування шихти із стехіометричної суміші оксидів Ві 2О3 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 годин та вирощування за методом Чохральського зі швидкістю витягування 3-6 мм/год., обертання - 60 об./хв. До шихти додають 8 мол. % Nb2O5 і вирощування кристала здійснюється витягуванням з розплаву на затравку зі швидкістю витягування 0,1-0,6 мм/год., та обертання 5-20 об./хв. Спосіб дозволяє отримати монокристал гарної оптичної якості з тетрагональною симетрією при 3 нормальних умовах, розміром більш ніж 3 см та без двійників. UA 110209 C2 (12) UA 110209 C2 UA 110209 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Винахід стосується способів вирощування штучних кристалів і може бути використаним у галузях функціональної електроніки та пасивної оптики. Поліморфні сполуки із загальною формулою АВО4, 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. Наприклад, 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 (Δn=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 найближчий аналог. Цей спосіб включає приготування шихти із стехіометричної суміші оксидів ВiІ2О3 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 кристала 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. В основу винаходу поставлена задача: на основі BiVO4 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 винаходом приготування шихти здійснюється з добавкою 8 мол. % п'ятиокису ніобію і вирощування кристала 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 спирті. 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 спирті. 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 об./хв. Результати експериментального визначення швидкості витягування та обертання та їх впливу на якість кристалів наведено у таблиці. Отриманий результат відповідає прикладу 2. 1 UA 110209 C2 Таблиця Приклад № Швидкість Швидкість обертання, витягування, мм/год. об./хв. 1 20 0,2 20 0,6 25 7 1 10 8 30 0,1 6 25 20 5 20 0,6 4 15 10 3 10 0,2 1 Кристалічна буля задовільної якості, поверхня протравлена парами розплаву, можуть бути двійники. Кристали прозорі, без двійників, не мають візуальних дефектів. Кристали можуть мати включення бульбашок. Кристалічна буля задовільної якості, але можуть бути бульбашки та двійники. Кристалічна буля може мати включення бульбашок на осі обертання. Кристалічна буля має двійники. Буля має двійники та непрозорі включення. Затравка постійно відривається від розплаву. 5 2 5 0,1 Результат 25 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 спирті 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 BiV0,92Nb0,08O4 за методом Чохральського зі швидкістю обертання затравки - 10 об./хв. та швидкість 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. 652655. 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. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 Спосіб вирощування монокристалів BiV0,92Nb0,08O4, який 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 додають 8 мол. % пентаоксиду ніобію, а кристали вирощують зі швидкістю витягування 0,1-0,6 мм/год., та обертання затравки 5-20 об./хв. 2 UA 110209 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3