Диссертация (1091915), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Как известно, эти примесные элементывызывают снижение долговечности электронных устройств и ошибок программногообеспечения [114].Nb2O5 находит применение в оптике благодаря высокому показателю преломления инизкому оптическому поглощению в видимой области и в ИК-диапазоне в сочетании с еговысокой химической и термической устойчивостью, а также его хороших механической икоррозионной стойкости.
Высокочистый пентаоксид ниобия вводят в состав оптического стекла(очковые линзы и др.). Nb2O5 также играет важную роль в качестве одного из компонентов,заменяющего оксид свинца PbO, для производства «экологически чистого» оптического стекла[13,91,115].Пентаоксид ниобия и смешанные оксиды, включая Nb2O5-SiO2, Nb2O5-Al2O3, цеолиты совстроенным в структуру ниобием, применяют в качестве катализаторов [95].В настоящее время биметаллические оксиды ниобия и тантала имеют перспективыпрактического применения в качестве компонентов твердого раствора состава (NbxTa1-x)2O5[116-117]. Они характеризуются стехиометрическими связями, приводящими к возникновениюразличных дефектов в кристаллической решетке, оказывающие существенное влияние нанелинейные и каталитические свойства [118-120] .
В работе [121] исследованы диэлектрическиесвойства (NbxTa1-x)2O5, которые пригодны для использования в конденсаторах металл-изоляторметалл (МИМ). Обнаружено, что замещение 10% Nb2O5 в Ta2O5 с образованием (Ta0,9Nb0,1)2O5снижает температуру кристаллизации от 700oC для чистого Ta2O5 до 550°C. Это связано с тем,что замещающий Nb2O5 стабилизирует материал в гексагональной фазе, что соответствуетвысокой диэлектрической постоянной при более низких температурах.Развитие новейшей техники и обусловленная этим потребность в новых материалахвызвала исключительный интерес к ниобатам и танталатам РЗЭ [122-124].
Удачное сочетаниефизических свойств с химической инертностью, высокой термо- и влагостойкостью,26механической прочностью ставит эти соединения в ряд особенно важных материаловсовременной техники [95].ТанталатыРЗЭрентгеноконтрастныхиихтвердыекрасителей,растворыпокрытийдляширокоиспользуютрентгеновскихвэкранов,качествеоптическихматериалов и материалов для электроники [125-127]. В частности танталаты европия разныхсоставов, такие как EuTa3O9, EuTa5O14, and EuTa7O19 имеют красную линию свечения в области550–700 нм, поэтому их применяют в качестве люминофоров [128-130].Диэлектрики формируют многие новейшие направления электроники, акусто- иоптоэлектроники, интегральной и лазерной оптики.
К числу важнейших диэлектрическихматериалов относятся материалы на основе оксидных соединений ниобия и тантала.Важнейшими из них являются ниобаты и танталаты лития (LiNbO3 и LiTaO3) [131].Существует малоизученное соединение, такое как ниобат меди (I). Известно, что онявляется поликристаллическим фотоэлектродом для преобразования солнечной энергии вхимическоетопливо[132].Синтезированныйтвердофазнымметодомниобатмеди(Cu2O+Nb2O5) при температуре 750°C в течение 48 ч обладает структурой CuNb3O8 (параметрыкристаллической решетки: а=15,36 Å, b=5,071 Å, с=7,526 Å) [133], площадью поверхности0,41–2,0 м2/г и c размерами частиц в 1 мкм. Синтезируя частицы различного размера можноуправлять шириной запрещенной зоны.
Размер прямой запрещенной зоны этого соединения1,47 эВ, кроме того данное соединение обладает непрямой запрещенной зоной, размер которой1,26 эВ [134], поэтому ниобат меди (I) выступает в качестве фотокатализатора счувствительностью к различным длинам волн видимого света.CuNb3O8 как фотокатализатор может быть использован для разложения воды собразованием H2 и/или O2 [135]. Также это соединение может выступать в качестве фотокатода,где катодный фотоэлектронный ток CuNb3O8 увеличивается до 2,0 mA/cм2 с прикладываемымнапряжением от +0,44В до -0,35В, что характерно для полупроводников p-типа [134,136,137].Таким образом, исходя из вышеперечисленных областей применения пентаоксидов исложнооксидных фаз на основе ниобия и тантала, можно сделать вывод, что эти соединениязанимают особое место в химии и технологии и являются высоко функциональнымиматериалами различного назначения.1.7.
Выводы из литературного обзора и постановка задач исследованияВ настоящее время высокие требования предъявляются к оксидным и сложнооксиднымфазам на основе ниобия и тантала, поэтому важно подобрать прекурсоры, которыесоответствуют им, а также методы, которые отвечали бы современным достижениям в областипроизводства функциональных материалов.27Алкоксотехнологияявляетсяметодомполучениярастворов,содержащихвсекомпоненты будущей оксидной композиции. Метод позволяет готовить оксидные порошки сиспользованием очень малых реакционных объемов. С точки зрения технологии, особоценными свойствами метилатов ниобия и тантала являются низкая термическая устойчивость испособность к гидролизу.
Совокупность литературных данных позволяет констатировать, чтоиспользование метилатов ниобия и тантала – перспективное направление разработки методаполучения порошков высших оксидов этих металлов с требуемой дисперсностью и фазовойчистотой.Из литературы известно получение аморфных оксидов ниобия и тантала из этилатовсоответствующих металлов. Недостатком является то, что твердый прекурсор (этилат ниобияили тантала) необходимо переводить в раствор этиловым спиртом и осаждать водой илищелочью, поэтому конечный продукт содержит большое количество алкоксидных групп, откоторых возможно избавиться только при длительном отжиге образцов.
Информации опромежуточных соединениях неизвестна, а также остуствуют полные физико-химическиесвойства синтезированных пентаоксидов ниобия и тантала.Сведений об использовании метилатов ниобия и тантала (растворы) для полученияоксидных и сложнооксидных фаз соответствующих металлов методом золь-гель в литературенайти не удалось.Новый путь к синтезу широкого круга материалов открывает так называемаясверхкритическаяфлюиднаятехнология(СКФТ),реализуемаясприменениемсверхкритических флюидов в качестве технологических сред. Один из интенсивноразвивающихся методов является SAS (сверхкритическое антисольвентное осаждение) сиспользованием СК-СО2 для микронизации веществ.
Эту технология в последние 10 летиспользуют для получения фармацевтических препаратов. Известно, что данным методом напилотных установках получили Ti(OH)4 из изопропоксида титана, который обладает высокойудельной поверхностью 313 м2/г и размерами частиц от 20 до 400 нм. Позднее полученаморфный TiO2 из оксиацетилацетоната титана с высокой удельной площадью поверхности 160м2/г и размерами частиц в 100 нм. Эти данные позволяют сделать вывод, что существуетвозможность получения высших оксидов ниобия и тантала из их алкоксидов (в частностиметилатов ниобия и тантала) методом SAS.Указанные соображения определили идею работы, ее цели и задачи, которыесформулированы ниже.Цель работы состоит в разработке физико-химических основ и методов полученияультрадисперсных и наноразмерных оксидов и сложнооксидных фаз на основе тантала, ниобияи РЗЭ с контролируемыми фазовым составом и дисперсностью.28Достижение указанной цели включает решение следующих задач:1.Электрохимический синтез метилатов ниобия и тантала с общей формулой M 2(OMe)10,где (М=Ta, Nb) и (Mx1M1-x2)2(OMe)10, где (M1=Nb, M2=Cu);2.Синтез оксидов ниобия и тантала (V) усовершенствованным золь-гель методом иизучение их физико-химических свойств;3.Синтез индивидуальных и биметаллических оксидов ниобия (V) и тантала (V) методомсверхкритического флюидного антисольвентного осаждения (SAS) и изучение их физикохимических свойств;4.Получение политанталатов европия методом совместного осаждения Ta2(OMe)10 иEu(CН3СОО)3 и изучение их физико-химических свойств;5.Синтез ниобата меди (I) методом сверхкритического флюидного антисольвентногоосаждения (SAS) и изучение его физико-химических свойств.Исходя из цели и поставленных задач определена структура работы (рис.
1.9.)29Электрохимический синтез(Mx1M1-x2)2(OMe)10,где (M1=Nb, M2=Cu)М2(ОМе)10,где М=Ta, NbМетодSASЗоль-гельметодМетодSASИнтермедиатыИнтермедиатыИнтермедиатТермическаяобработкаТермическаяобработкаТермическаяобработкаИндивидуальныеM2O5 (M=Ta, Nb)Твердые растворы(NbxTa 1-x)2O5СuNb3O8Совместное осаждениеTa2(OMe)10и Eu(CН3СОО)3Термическая обработкаЛюминофорыEuTaO4, EuTa3O9,EuTa7O19Рис.1.9. Структура работы302.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ2.1. Методы исследования, исходные материалы и аналитический контроль2.1.1. Исходные материалы и реактивыВ качестве исходных материалов использованы реактивы, характеристики которыхприведены в таблице 2.1.Таблица 2.1. Используемые реактивыНаименованиевеществаВодаАммиак(водный раствор)Трилон Б(ЭДТА)УксуснаякислотаФормулаМаркаH2OТУ 6–09–2502–77КвалификацияосчNH3 · H2OГОСТ 24145 – 80осчNa2H2C10H12O8N2ТУ 6–09–2540–72чдаCH3COOHГОСТ 61–75хчТУ 6–09–1509–78чдаКсиленоловыйоранжевыйМетанолCH3ОНН-гексанС6Н12Оксид европияХлорид литияEu2О3LiClНатрийNaМагнийНиобийТанталПлатинаСплав ниобиймедьMgNbTaPtMerck KgaA,чистота ≥99,5%вода ≤0,1%ТУ–2631–003–05807–999–8ТУ 48–4–189–72Merck KgaAMerck KgaAЧистота 99,9%МГ–95Чистота 99,9%Чистота 99,9%Чистота 99,9%Nb-Cu (90:10)Чистота 99,5%31хчхчччхчхчхчхчхчхчМетодика осушения метанола.Реактивы: Метанол 700 мл; цеолиты, магниевая стружка, 2 г.Ход осушения: Метанол подогревали до 40оС с цеолитами и медленно добавлялимагниевую стружку.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
