Дипломная работа: Шаруваті кристали рідкоземельних матеріалів

Вищеописана технологія дозволяє отримувати монокристали з блискучою природною поверхнею сколу, яка характеризується дуже низьким числом ненасичених зв'язків, що роблять такі шаруваті кристали практично незамінними для спеціальних пристроїв фотоелектроніки. Завдяки яскраво вираженій пошаровості кристалічної структури, а також невеликому значенню інтегралу міжшарової взаємодії стає можливим механічним сколюванням відділяти плоскопаралельні пластини товщиною ~0,5 мкм.

2. Методика інтеркалювання

Інтеркаляція монокристалів ІnSе та GaSе проводилась електрохімічним методом. Для електрохімічного впровадження водню використовувались досконалі зразки селенідів індію та галію, в яких значення анізотропії електропровідності досягали значень 10⁴ - 10⁶ . Інтеркаляція зразків проводилась з допомогою потенціостату П-5827М, як правило, в гальваностатичному режимі методом „тягнучого" електричного поля. В процесі інтеркаляції використовувалась скляна комірка ЯСЕ-2, виконана з хімічно та термічно стійкого скла (див. рисунок2.1). Комірка типу ЯСЕ-2 представляє собою трьохелектродну систему: електрод порівняння (4),робочий (3) та допоміжний (5) електроди.

Рисунок 2.1 - Комірка типу ЯСЕ-2

В якості допоміжного та порівняльного електродів використовувався платиновий провід. До робочого електроду припаювався електричний провід (як правило нікелевий або мідний) від монокристалу (1). Потім зразки InSе та GaSe приводились в контакт з електролітом (2). Через комірку (система робочий електрод - електроліт – проти-електрод) електричний струм потрібної величини, було реалізовано процес впровадження водню в між шаровий простір монокристалів. В якості електроліту використовувався 0,1-нормальний водний розчин соляної кислоти. При приготуванні розчину використовувалась бідистильована вода та концентрована соляна кислота класу ХЧ. Розчин електроліту приготовлявся при кімнатній температурі.

Концентрація впровадженого водню визначалась по кількості електрики, яка пройшла через комірку, тобто контрольованими параметрами в процесі інтеркаляції були густина струму (І ) та тривалість процесу.

Пропусканням через спеціальну комірку електричного струму необхідної величини було введено водень у шаруватий кристал. Концентрацію введеної домішки визначали за кількістю електрики, що пройшла через комірку, тобто контрольованими параметрами в процесі реакції інтеркаляції були густина електричного струму та тривалість процесу. При вимірюванні спектрів пропускання використовували зразки товщиною 10 - 20 мкм. Використання оптимальних технологічних параметрів процесу інтеркаляції (густина струму не більше 10 мкА/см² ) дало змогу одержати однорідні за складом інтеркальовані зразки.

При інтеркаляції монокристалів ІnSе та GаSе іонами водню використовувався “м'який” режим інтеркаляції, при якому напруженість електричного поля та густина електричного струму складали величини Е = 30 -50 В/см та J<2мА/см відповідно.

Вплив концентрації введених атомів водню на властивості моноселеніду галію вивчали на одній і тій же групі зразків шляхом доінтеркаляції. Інтеркаляція монокристалічних зразків GaSe проводилась методом "тягнучого" електричного поля в гальваностатичному режимі за допомогою потенціостата. Пропусканням через спеціальну комірку електричного струму необхідної величини було введено водень у шаруватий кристал (при катодній поляризації останнього). Концентрацію введеної домішки визначали за кількістю електрики, що пройшла через комірку, тобто контрольованими параметрами в процесі реакції інтеркаляції були густина електричного струму та тривалість процесу. При вимірюванні спектрів пропускання використовували зразки товщиною 10 - 20 мкм.

Використання оптимальних технологічних параметрів процесу інтеркаляції (густина струму не більше 10 мкА/см² ) дало змогу одержати однорідні за складом інтеркальовані зразки. Досліджували спектри пропускання кристалів GaSe та H_х GaSe на спектрометричній установці, зібраній на базі модифікованого спектрометра ИКС - 31. Роздільний спектральний інтервал приладу в цій спектральній ділянці 2.095 -г 2.14 еВ складав 1-2 меВ (дифракційна гратка 1200 шт/мм). Використання терморегульованої кріостатної системи зразка типу "УТРЕКС-РТР" дало змогу вивчити спектри пропускання в діапазоні температур 77-293 К. Контроль температури зразка проведено германієвим термометром опору ТПК-1.1, при цьому точність стабілізації температури зразка складала 0.5 °С.

Встановлено, що інтенсифікація процесів інтеркаляції компонентами рідких середовищ ультразвуковою дією в кавітаційних режимах викликає значні розклинюючі когерентні напруження вздовж площин спайності, де діють слабкі ван-дер-ваальсівські сили, що призводить до ефективного диспергування частинок дихалькогенідів з шаруватими структурами та активації останньої. Анізотропія механічних властивостей обумовлює різницю розмірів наночастинок в різних кристалографічних напрямках В процесі диспергування відбувається деінтеркаляція компонентів рідких середовищ з новоутворених поверхонь при збереженні вихідної шаруватої структури. Регулювання розмірів наночастинок здійснюється за рахунок використання різних за природою рідких середовищ, що призводить до змін в кінетиці як процесів інтеркаляції, так і подальшого диспергування. Відомо що під дією ультразвуку в кавітаційних режимах відбувається ефективне диспергування вихідного порошку GaSe до нанокристалічних розмірів при збереженні типу структури та складу сполуки. Середній розмір отримуваних наночасток залежить від природи дихалькогеніду та рідкого середовища, склад вихідних інтеркалятів істотно впливає на середні розміри наночастинок. Збільшення часу ультразвукової обробки суттєво не впливає на розміри наночастинок.

В якості рідких середовищ, крім води, можуть бути використані органічні розчинники. Недоліками способу є:

- диспергування за вказаних умов відбувається лише частково для

вихідної наважки дихалькогеніду, що потребує додаткових операцій центрифугування та фільтрування розчинів:

- процес диспергування та розміри частинок - не керовані, що значно обмежує технологічні можливості застосування способу;

- диспергування за вказаними режимами є малоефективним, оскільки наведені розміри частинок є оціночними і не свідчать про дійсні розміри частинок та їх розподіл;

- можливі порушення складу та перебудова вихідної структури дихалькогенідів;

- у випадках використання дихалькогенідів з шаруватими структурами можлива їх не контрольована інтеркаляція компонентами рідкого дисперсійного середовища.

Приклад здійснення способу: вихідний порошок 2H-NbSe₂ (2 г) з середніми розмірами частинок в межах 10 - 40 мкм розміщують на мідній сітці (розмір комірчини - 5 мкм), що служить комбінованим робочим електродом електрохімічної комірки об'ємом 150 см³ з ізольованим пористою діафрагмою анодним простором (лабораторне виконання). Робочий електроліт - водний розчин сульфату літію з концентрацією 4,76 % мас. Використовують гальваностатичний режим пропускання постійного струму при кімнатній температурі, величина електричного заряду - 196,02 Кл. Після закінчення електрохімічної обробки порошки підлягають семикратній промивці дистильованою водою від залишків електроліту та з метою деінтеркаляції можливих слідів запроваджених гідратованих іонів літію. Фільтрування розчину проводять через фільтрувальний папір та висушують фільтрат при кімнатній температурі. Середні розміри частинок визначають методом розширення рентгенівських ліній в найбільш характерних кристалографічних напрямках - [013], [110], контроль за структурою та складом виконують за допомогою рентгенофазового та кількісного хімічного аналізів. Результати експериментів наведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1

№ п/п	Сполука	Умови диспергування				Параметри елементарної комірки, нм		Сер. розмір частинок, нм в кристапографічних. напрямах
		Сере-дови- ще	конц., порошку, % мас.	пит. акуст. потужність, Вт/см'	час. хв	а	с	« 1 2 3 4 5 6 » К-во Просмотров: 307 Бесплатно скачать Дипломная работа: Шаруваті кристали рідкоземельних матеріалів >>> Скачать <<< Меню Поиск