Застосування монокристалів на основі змішаних солей туттону k2mgxni1-x(so4)2•6н2o як фільтрів ультрафіолетового діапазону з керованим оптичним пропусканням

Реферат: Застосування монокристалів на основі змішаних солей Туттону K2MgxNi1-x(SO4)2·6H2O як фільтрів ультрафіолетового діапазону з керованим оптичним пропусканням. UA 82309 U (12) UA 82309 U UA 82309 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до галузі кристалографії, може використовуватись як фільтри ультрафіолетового випромінювання у пристороях виявлення джерел високотемпературного полум'я, коронного електричного розряду. Відоме використання монокристалу гексагідрат сульфату цезію-нікелю Cs2Ni(SO4)2·6H2O [RU 2417388 С2 G02B13/14] як кристалічного фільтра у сонячносліпому об'єктиві. Сонячносліпий об'єктив належить до пристроїв для виявлення ультрафіолетового випромінювання у будь-який час доби, у тому числі і у денний час, коли яскраво світить сонце і виявити ультрафіолетове випромінювання неозброєним оком неможливо. Необхідність виявлення ультрафіолетового випромінювання тісно пов'язана з проблемою коронного розряду. Коронний розряд виникає в електричній апаратурі при порушенні якості ізоляції. Сильне електричне поле іонізує повітря і збуджує молекули азоту, що призводить до виникнення ультрафіолетової радіації. Недоліком цих кристалів є те, що технологічно важко добитися потрібних умов для їх вирощування. Для цього потрібна складна термостатуюча апаратура, оскільки вони вирощуються способом охолодження вихідного розчину. При їх вирощуванні не мінялася концентрація іонних груп і, відповідно, не була вказана можливість керування оптичними властивостями. Найближчим за технічною суттю, є монокристал K2CoxNi1-x(SO4)2·6H2O, який застосовується 51 як фільтр ультрафіолетового випромінювання [UA 66536 МПК С 30 В 7/00]. Кристали вирощують шляхом випаровування з водного розчину солей K2SO4, СоСl2·6Н2О і NiCl2·6H2O при кімнатній температурі. Оптично чисті та однорідні кристали виростають протягом 40-60 днів. Вирощені кристали KCSH мають червоне забарвлення, KNSH - синьо-зелене, а змішані кристали KCNSH - темно-коричневе. Недоліком таких кристалів є часткове пропускання видимого діапазону світла. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити монокристал-фільтр УФ діапазону з керованим оптичним пропусканням шляхом використання монокристалу K2MgxNi1x(SO4)2·6H2O як фільтра, що дасть змогу отримати задані спектральні характеристики фільтра шляхом зміни вихідної концентрації іонів нікелю при дешевизні вихідних матеріалів і простоті вирощування. Поставлена задача вирішується тим, що застосовують монокристал на основі змішаних солей Туттону K2MgxNi1-x(SO4)2·6H2O як фільтр ультрафіолетового діапазону з керованим оптичним пропусканням. Автори вперше запропонували використання монокристалів K2MgxNi1-x(SO4)2·6H2O як фільтрів ультрафіолетового діапазону з керованим оптичним пропусканням. Перевага перед іншими: 1) легко вирощуються кристали досить великих розмірів; 2) керований УФ-діапазон пропускання; 3) дешевизна матеріалів для вирощування кристалів. Фіг. 1. Схема пристрою для вирощування кристалу, де 1 - розчин для вирощування кристалів, 2 - монокристалічні затравки, 3 - нагрівальний елемент, 4 - вода, 5 - змішувач води, 6 - термодавач, 7 - схема керування нагрівальним пристроєм. Фіг. 2. Спектри оптичного поглинання мішаних кристалів солей Туттону K2MgxNi1x(SO4)2·6H2O при х=0; 0,2; 0,4, де 1 - спектр поглинання K2Mg0,4Ni0,6(S04)2·6H2O; 2 - спектр поглинання K2Mg0,2Ni0,8(S04)2·6H2O; 3 - спектр поглинання K2Ni(SO4)2·6H2O. Фіг. 3. Залежність смуги максимального поглинання при 390 нм від вмісту Ni. Для отримання кристалів солей Туттону забезпечують кислотність середовища розчину шляхом додавання соляної кислоти НСl. Зокрема, під час вирощування кристалів KNSH кислотність становила рН=2. Однак додавання кислоти НСl в розчин спричиняє утворенню більшої кількості дефектів у вирощених кристалах, які погіршують оптичні властивості кристалів. Досліджувані кристали K2MgxNi1-x(SO4)2·6H2O (KMgNSH) (х=0; 0,2;0,4) вирощені за способом випаровування з водного розчину суміші солей K2SO4, MgCl2·6H2O та NiCl2·6H2O, взятих у відповідному співвідношенні (табл. 1). 1 UA 82309 U Таблиця 1 Мольні співвідношення солей для вирощування відповідних змішаних кристалів K2MgxNi1-x(SO4)2·6H2O Х=0 Х=0,2 Х=0,4 5 10 15 20 25 30 MgCl2·6H2O, моль 0,2 0,4 K2SO4, моль 1 1 1 NiCl2·6H2O, моль 1 0,8 0,6 Отримання монокристалу K2MgxNi1-x(SO4)2·6H2O можна проілюструвати прикладом. Попередньо готують розчин при температурі 50 °C. У хімічний стакан з дистильованою водою додають солі K2SO4, MgCl2·6H2O, NiCl2·6H2O, відповідні мольні маси яких наведені у табл. 1. Під час приготування розчину рідину безперервно перемішують. Отриманий насичений розчин фільтрують з використанням знезоленого фільтрувального паперу з середнім діаметром пор 1÷2,2 мкм. Після чого його переливають у посудину установки для вирощення кристалів, яка зображена на фіг. 1. Оптично чисті та однорідні кристали вирощують протягом 40-60 днів за способом випаровування при кімнатній температурі. Вирощені за таким способом кристали KMgNSH змінюють своє забарвлення від насиченого синьо-зеленого для KNSH до прозорого для KMgSH. Спектри даних кристалів знімають на спектрометрі Specord M40. Отримані результати представлені на фіг. 2. Найбільше поглинання спостерігають у кристалах з максимальним вмістом іонів нікелю, що досить просто пояснюється його електронною конфігурацією. У разі зменшення у кристалах іонів нікелю, смуги поглинання поступово втрачають інтенсивність та набувають мінімального значення для кристалів шеніту K2MgxNi1-x(SO4)2·6H2O. Змінюючи параметр x у кристалі K2MgxNi1-x(SO4)2·6H2O, можна визначити, яким буде оптичне поглинання отриманого кристалу. Залежність коефіцієнта поглинання від концентрації іонів нікелю кристалів K2MgxNi1x(SO4)2·6H2O є лінійна (фіг. 3). Вона може корелювати з концентрацією іонів у кристалі та вихідному розчині. Вирощені кристали K2MgxNi1-x(SO4)2·6H2O можна використовувати як фільтри ультрафіолетового випромінювання у сонячносліпих об'єктивах, оскільки вони мають смугу пропускання у діапазоні 230-330 нм, тобто забезпечують пропускання ультрафіолетового випромінювання і зменшення інтенсивності позасмугового випромінювання. Наведені експериментальні дані і спектральні характеристики підтверджують отримання технічного результату. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Застосування монокристалів на основі змішаних солей Туттону K2MgxNi1-x(SO4)2·6H2O як фільтрів ультрафіолетового діапазону з керованим оптичним пропусканням. 2 UA 82309 U 3 UA 82309 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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 4