Процес отримання монокристалічних злитків fese, fete та твердих розчинів fesexte1-x

Реферат: Процес отримання монокристалічних злитків FeSe, FeTe та твердих розчинів FeSexTe1-x складається з етапів завантаження наважки, синтезу та подальшої перекристалізації при заданій температурі розплаву Т р. Значення температури розплаву Т р визначають температурою формування першої складової тонкої структури хімічного зв'язку кристалу, який вирощується. UA 67792 U (12) UA 67792 U UA 67792 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до технології об'ємних надпровідникових монохалькогенідів заліза FeSe, FeTe та FeSexTe1-x, які можуть застосовуватися у виробництві різноманітних пристроїв та приладів нового покоління. Відомий процес створення кристалічних надпровідних полікристалів монохалькогенідів заліза за допомогою класичних методів синтезу відповідних наважок [1]. Він складається із завантаження у підготовлену кварцову ампулу відповідної наважки з заліза і селену та/або телуру. Далі ця наважка розміщується в печі та витримується при температурах 750 та 1075 °С протягом кількох діб (4-5 діб), після цього вона піддається відпалу при температурах 480 та 330 °С протягом 2 та 5 днів відповідно. Цей процес не дозволяє отримувати матеріали з -4 -1 -1 залишковим опором 4·10 Ом ·см . Також відомий процес створення вище перелічених матеріалів, що складається з етапів завантаження наважки, розміщення її у технологічній печі і проведення синтезу при необхідних температурах, при цьому розплав піддають дії зовнішнього магнітного поля, яке обертається навколо осі ампули [2]. У цьому випадку отримані злитки характеризуються підвищеною однорідністю. Із відомих аналогів найбільш близьким за технічною суттю є процес отримання надпровідних монохалькогенідів заліза при недовготривалому часі синтезу [3]. В цьому випадку в кварцову ампулу розміщується порошкоподібне залізо та відповідний халькоген (Se або/та Те). Синтез проводиться при температурі 600-650 °С при часі витримки 5-6 год. з подальшим температурним відпалом при температурі 750 °С. Отримані злитки певного складу при цьому характеризуються досить великою об'ємною неоднорідністю (16 %), яка обмежує надпровідні -4 -1 -1 можливості цих матеріалів (4·10 Ом ·см ). Задачою даної корисної моделі є створення технології монокристалів монохалькогенідів заліза FeSe, FeTe та FeSexTe1-x із заданим складом, яка б характеризувалася зменшеною об'ємною неоднорідністю та малими значеннями залишкового опору. Вказана задача вирішується тим, що у запропонованому процесі отримання монокристалічних злитків FeSe, FeTe та твердих розчинів FeSe xTe1-x, що складається з етапів завантаження наважки, синтезу та подальшої перекристалізації при заданій температурі розплаву Тр, значення якої визначається температурою формування першої складової тонкої структури хімічного зв'язку кристалу, який вирощується, при цьому у випадку отримання 1 1 кристалів FeSe температура розплаву T p=T FeSe задається в інтервалі 1348≤T FeSe≤1360 К; у 1 випадку отримання кристалів FeTe температура розплаву Т р=Т FеTе задається в інтервалі 1 1187≤Т FeTe≤1200 К; у випадку отримання кристалів FeSe0,75Te0,25 температура розплаву 1 1 Тр=Т FeSe0,75Te0,25 задається в інтервалі 1309≤T FeSe0,75Te0,25≤1320 К; у випадку отримання кристалів 1 1 FeSe0,5Te0,5 температура розплаву Тр=T Fese0,5Te0,5 задається в інтервалі 1267≤Т FeSe0,5Te0,5≤1280 1 К; у випадку отримання кристалів FeSe0,25Te0,75 температура розплаву Тр=T FeSe0,25Te0,75 1 задається в інтервалі 1227≤T FeSe0,5Te0,5≤1240 К. У корисній моделі запропоновано принципово нове вирішення процесу створення монокристалічних злитків FeSe, FeTe та твердих розчинів FeSe xTe1-x, що складається з етапів завантаження наважки, синтезу та подальшої перекристалізації при заданій температурі розплаву Тр, значення якої визначається температурою формування першої складової тонкої структури хімічного зв'язку кристалу, який вирощується, при цьому у випадку отримання 1 1 кристалів FeSe температура розплаву Т р=Т FeSe задається в інтервалі 1348≤T FeSe≤1360 К; у 1 випадку отримання кристалів FeTe температура розплаву Т р=Т FеТе задається в інтервалі 1 1187≤Т FeTe≤1200 К; у випадку отримання кристалів FeSe0,5Te0,25 температура розплаву 1 1 Тр=T FeSe0,75Te0,25 задається в інтервалі 1309≤T FeSe0,75Te0,25≤1320 К; у випадку отримання кристалів 1 1 FeSe0,5Te0,5 температура розплаву Tp=T FeSe0,5Te0,5 задається в інтервалі 1267≤Т Fе0,5Те0,5≤1280 К; 1 у випадку отримання кристалів FeSe0,25Te0,75 температура розплаву Т р=T FeSe0,25Te0,75 задається в 1 інтервалі 1227≤T FeSe0,25Te0,75≤1240 К. Промислове використання запропонованої корисної моделі не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, її реалізація можлива на існуючих підприємствах електронного і приладобудівного напрямків. Великий об'єм досліджень особливостей хімічного зв'язку твердих тіл, який був проведений нами із застосуванням теорій пружності та кристалічної ґратки, привів до висновку, що всі, як прості так і складні хімічні елементи характеризуються наявністю тонкої структури хімічного зв'язку. Це означає, якщо при розгляді динаміки утворення чи руйнування елементарної комірки FeSe, FeTe та твердих розчинів FeSexTe1-x, при охолодженні або нагріві відповідно, кожна складова тонкої структури хімічного зв'язку елементарної ґратки цих матеріалів, в залежності від свого складу, має свою певну температуру кристалізації чи плавлення. 1 UA 67792 U 5 10 Що стосується конкретно FeSe, FeTe та твердих розчинів FeSe xTe1-x, то їх елементарні комірки характеризуються складними структурами хімічних зв'язків з п'ятьма складовими φ ℓ (1≤ℓ≤5). При цьому температури утворення як перших, так і інших складових мають різні значення, які змінюються в залежності від складу злитків. Наприклад, у випадку монокристалів 2 FeSe температура утворення першої складової складає T FeSe=1348 K, що співпадає з температурою плавлення цього матеріалу. У випадку монокристалів FeTe температура 1 утворення першої складової складає T FeSe=1187 K, що співпадає з температурою плавлення цього матеріалу, а для твердих розчинів FeSe xTe1-x значення температур утворення перших 1 1 складових приймають наступні значення: Т FеSe0,75Те0,25=1309 K, T FeSe0,5Te0,5=1267 К, 1 Т FeSe0,25Te0,75=1227 К. Конкретні чисельні значення характеристичних температур відповідних складових цих матеріалів наведені в таблиці 1. Таблиця 1 ℓ T ℓ T FeSe, К ℓ Т FeSe0,75Te0,25, К ℓ Т FeSe0,5Te0,5, К ℓ Т FeSe0,25Te0,75, К ℓ T FeTe, К 15 20 25 30 35 40 45 1 1348 1309 1267 1227 1187 2 1292,4 937,3 1049 939,8 1061,6 ℓ 3 360,55 611,9 755,84 677 796,08 4 406,91 328 894,4 801,13 275,06 5 345,153 309 274 238 202,6 Наведені технологічні особливості тонкої структури хімічного зв'язку (значення характеристичних температур) халькогенідів заліза визначають відповідну технологію їх отримання. Послідовність виконання запропонованого технологічного процесу отримання об'ємних надпровідникових монохалькогенідів заліза відповідного складу наступна. Наважка, яка складається з необхідних складових Fe та Se (Те) або FeSe xTe1-x у необхідному стехіометричному або іншому вибраному масовому відношенні послідовно завантажується у підготовлену кварцову ампулу, вакуумується, заповнюється очищеним воднем та відпаюється. Далі кварцова ампула з наважкою розміщується у технологічну піч, яка оснащена пристроєм, що генерує магнітне поле, яке обертається. Після цього проводиться синтез при заданій температурі. Магнітне поле вимикається, а ампула з наважкою піддається направленій перекристалізації, при цьому значення температури перекристалізації відповідає температурі формування першої складової хімічного зв'язку кристала, який кристалізується. По закінченню процесу перекристалізації ампула з закристалізованою наважкою піддається температурному відпалу. При цьому значення температури відпалу теж вибирається у відповідності із температурами утворення другої, третьої, четвертої та п'ятої складових хімічного зв'язку. Такий температурний відпал дає можливість задавати отриманому матеріалу необхідні електричні, механічні, оптичні та інші властивості. Вимірювання і контроль неоднорідності отриманих злитків показав, що значення -4 -1 -1 неоднорідності не перевищує 1 %, а залишковий опір не перевищує 1·10 Ом ·см . Це розширює номенклатуру фізичних властивостей надпровідних кристалів на основі FeSe, FeTe та FeSexTe1-x та діапазон їх практичних застосувань. Запропонований технологічний процес отримання FeSe, FeTe та FeSe xTe1-x значно розширює технологічні можливості надпровідних кристалів на основі селенідів та телуридів заліза, їх потенційну базу, що приведе до зростання якісних та кількісних показників. Література: 1. A.J. Williams, T.M. McQueen, R.J. Cava The Stoichiometry of FeSe. Solid State Communications, 2009, 149, P. 1507-1509. 2. Пат. № 57163 UA. Процес отримання полікристалічних злитків FeSe, FeTe та твердих розчинів FeSexTe1-x / Ащеулов А.А. (UA), Маник О.М. (UA), Білинськй-Слотило В.Р. (UA). - № u2010 09668; заявл. 2.08.2010; опубл. 10.02.2011. 3. Волков М.П. и др. Получение поли- и монокристаллов сверхпроводящих монохалькогенидов железа при непродолжительных кременах синтеза. Письма в ЖТФ. - 2010. Т. 36, № 6. - С. 8-14. 2 UA 67792 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 1. Процес отримання монокристалічних злитків FeSe, FeTe та твердих розчинів FeSexTe1-x, що складається з етапів завантаження наважки, синтезу та подальшої перекристалізації при заданій температурі розплаву Т р, який відрізняється тим, що значення температури розплаву Тр визначають температурою формування першої складової тонкої структури хімічного зв'язку кристалу, який вирощується. 2. Процес за п. 1, який відрізняється тим, що у випадку отримання кристалів FeSe температуру 1 1 розплаву Тр=T FeSe задають в інтервалі 1348≤T FeSe≤1360 К. 3. Процес за п. 1, який відрізняється тим, що у випадку отримання кристалів FeTe температуру 1 1 розплаву Тр=Т FеТе задають в інтервалі 1187≤Т FеТе≤1200 К. 4. Процес за п. 1, який відрізняється тим, що у випадку отримання кристалів FeSe0,75Te0,25 1 1 температуру розплаву Тр=T FeSe0,75Te0,25 задають в інтервалі 1309≤T FeSe0,75Te0,25≤1320 К. 5. Процес за п. 1, який відрізняється тим, що у випадку отримання кристалів FeSe0,5Te0,5 1 1 температуру розплаву Тр=T FeSe0,5Te0,5 задають в інтервалі 1267≤T FeSe0,5Te0,5≤1280 К. 6. Процес за п. 1, який відрізняється тим, що у випадку отримання кристалів FeSe0,25Te0,75 1 1 температуру розплаву Тр=T FeSe0,25Te0,75 задають в інтервалі 1227≤Т FеSе0,25Те0,75≤1240 К. Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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