Спосіб вирощування монокристалів твердих розчинів купрум-хлорид йодиду пентатіофосфату cu6ps5(cl1-xix) за допомогою хімічних транспортних реакцій

Реферат: Спосіб вирощування монокристалів твердих розчинів купрум хлорид-йодиду пентатіофосфату Cu6PS5(Cl1-xIx) за допомогою хімічних транспортних реакцій 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 йодид міді CuІ. При цьому максимальна температура синтезу становить 973±5 К, а вирощування проводиться з використанням як транспортуючого агента стехіометричної суміші 3 CuCl/CuІ з розрахунку 20 мг/см вільного об'єму ампули. UA 70628 U (54) СПОСІБ ВИРОЩУВАННЯ МОНОКРИСТАЛІВ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ КУПРУМ-ХЛОРИД ЙОДИДУ ПЕНТАТІОФОСФАТУ CU6PS5(Cl1-XIX) ЗА ДОПОМОГОЮ ХІМІЧНИХ ТРАНСПОРТНИХ РЕАКЦІЙ UA 70628 U UA 70628 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 з 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 досягається таким чином, що запропоновано спосіб вирощування монокристалів твердих розчинів купрум хлорид-йодиду пентатіофосфату Cu6PS5(Cl1-xIx) 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, згідно з корисною моделлю, як вихідні компоненти для синтезу використовують елементарні мідь, фосфор і сірку та бінарні хлорид міді CuCl та йодид міді CuI, при цьому максимальна температура синтезу становить 973±5 К, а вирощування проводиться з використанням у ролі транспортуючого агента стехіометричної 3 суміші CuCl/CuI з 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(Cl0,5I0,5) брали 4,8601 г Сu, 0,4738 г Р, 2,4524 г S, 0,7572 г CuCl і 1,4566 г СuI 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 СuI) з розрахунку 20 мг/см вільного об'єму ампули (на 100 см -3 0,6841 г CuCl та 1,3159 г СuI). 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 СuI [5]. Додаткову очистку CuCl та СuI 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, витримували при цій температурі 24 год.; потім нагрівали з швидкістю 50 К/год. до 773 К, витримували - 24-36 год.; далі нагрівали з швидкістю 50 К/год. до 973 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 вирощувалися монокристали твердого розчину Cu6PS5(Cl0,5I0,5). 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 1023-988 К в зоні випаровування та 973-943 К в зоні кристалізації, час вирощування монокристалів складав 320-360 годин. При цих умовах методом газотранспортних 3 реакцій одержано монокристали розміром до 4×4,5×2 мм (фіг. 1). Одержаний продукт досліджували методами рентгенівського фазового та денситометричного (гідростатичне зважування) аналізів. Дифрактограма твердого розчину Cu6PS5(Cl0,5I0,5) (фіг. 2) проіндексована в гранецентрованій кубічній комірці. Структурні параметри: просторова група F43m , а=9,747(3) Ǻ, Z=4. Густина, визначена методом 3 гідростатичного зважування (толуен, 20 °C) становить 4670±10 кг/м , а розрахована за 3 рентгенівськими даними - 4698 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 Cu 6PS5Hal // Неорг. материалы.-1988. - Т. 24, № 1. - c.120-123. 1 UA 70628 U 5 10 2. Studenyak I.P, Kranjcec ML, 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-пенгатіоарсенату 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 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 КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб вирощування монокристалів твердих розчинів купрум хлорид-йодиду пентатіофосфату Cu6PS5(Cl1-xIx) 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 йодид міді CuІ, при цьому максимальна температура синтезу становить 973±5 К, а вирощування проводиться з використанням як транспортуючого агента стехіометричної суміші 3 CuCl/CuІ з розрахунку 20 мг/см вільного об'єму ампули. 2 UA 70628 U 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