Спосіб вирощування монокристалів твердих розчинів купрум хлориду-броміду пентатіофосфату cu 6ps5(cl1-xbrx) за допомогою хімічних транспортних реакцій

Реферат: Спосіб вирощування монокристалів твердих розчинів купрум хлориду-броміду пентатіофосфату Cu6PS5(Cl1-xBrx) за допомогою хімічних транспортних реакцій належить до технології вирощування монокристалів, зокрема до вирощування монокристалів галогенхалькогенідів за допомогою газотранспортних реакцій. UA 69181 U (54) СПОСІБ ВИРОЩУВАННЯ МОНОКРИСТАЛІВ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ КУПРУМ ХЛОРИДУ-БРОМІДУ ПЕНТАТІОФОСФАТУ Cu6PS5(Cl1-xBrx) ЗА ДОПОМОГОЮ ХІМІЧНИХ ТРАНСПОРТНИХ РЕАКЦІЙ UA 69181 U UA 69181 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель 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 корисної моделі полягає у поєднанні синтезу вихідної шихти твердого розчину галогенхалькогенідів купруму та вирощування монокристалів за допомогою хімічних транспортних реакцій. Поставлена задача вирішується таким чином, що спосіб вирощування монокристалів твердих розчинів купрум хлориду-броміду пентатіофосфату Cu6PS5(Cl1-xBrx) 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 запропонованої корисної моделі 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(Cl0,5Bi0,5) (фіг. 2) проіндексована в гранецентрованій кубічній комірці. Структурні параметри: просторова група __ 50 55  F 4 3m, a  9,716(2) , Ζ = 4. Густина, визначена методом гідростатичного зважування, 3 3 (толуен, 20 °C) становить 4545±10 кг/м , а розрахована за рентгенівськими даними - 4566 кг/м . Корисна модель може бути використана 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 69181 U 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(Br1-xIx) superionic conductors // J. Optoelectron. Adv. Mater.-2001. - Vol.3, №4. -P.879-884 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., - № u 2010044591; 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 6PS5Br, .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 КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб вирощування монокристалів твердих розчинів купрум хлориду-броміду пентатіофосфату Cu6PS5(Cl1-xBrx) 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±5К, а вирощування проводиться з використанням як транспортуючого агента стехіометричної суміші 3 CuCl/CuBr з розрахунку 20 мг/см вільного об'єму ампули. 2 UA 69181 U Комп’ютерна верстка Л. Купенко 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