В РХТУ научились синтезировать высокочистый материал для оптоэлектроники — Naked Science
12.11.2020
РХТУ им. Д.И. Менделеева

В РХТУ научились синтезировать высокочистый материал для оптоэлектроники

4.1

Парателлурит активно используют в оптоэлектронике, акустооптике и в качестве компонентов оптических волокон инфракрасного диапазона. Но сейчас промышленным методом получают парателлурит с химической чистотой, которая ограничивает его применимость. Химики из РХТУ имени Д. И. Менделеева предложили новый метод синтеза парателлурита с помощью сжигания паров теллура в сухом кислороде. Они сконструировали установку для проведения синтеза и оптимизировали его условия, после чего массовая доля примесей в парателлурите снизилось до 0,000006 процента, что на порядок меньше аналогичной величины для промышленного способа (0,0001 процент). Кроме того, ученые установили закономерности, которые будут полезны для оптимизации производства, а также использованы в дальнейших разработках в области технологий оптоэлектроники и фотоники.

В РХТУ научились синтезировать высокочистый материал для оптоэлектроники / ©www.esri.com

Результаты работы опубликованы в Journal of Alloys and Compounds. Парателлурит (оксид теллура β-TeO2) — это один из важных материалов для технологий оптоэлектронки. Из монокристаллов парателлурита изготавливают высококачественные акусто-оптические модуляторы. Также β-TeO2 используется в качестве одного из компонентов стекол, из которых изготавливают оптические волокна инфракрасного диапазона. Такие волокна применяют в хирургических и промышленных лазерах, а также экологическом мониторинге для обнаружения загрязняющих веществ.

Основной метод его синтеза в промышленности — это «мокрое» окисление теллура азотной кислотой с последующей перекристаллизацией, испарением и высокотемпературной обработкой. Так можно получить значительное количество продукта, но в нем будет содержаться множество примесей, а в процессе синтеза возникают опасные отходы.

Ученые РХТУ предложили новую методику синтеза высокочистого парателлурита за счет сжигания паров теллура в сухом кислороде. «Главной характеристикой многих материалов фотоники и оптоэлектроники, в том числе и парателлурита, является химическая чистота, без которой невозможно развитие современных технологий.

Конечно, некоторые посторонние примеси в конечном продукте неизбежны — часть из них наследуется из сырья, часть попадает в процессе синтеза, но всегда нужно стараться улучшать химическую чистоту материалов», – комментирует один из авторов работы, профессор, заведующий кафедрой химии и технологии кристаллов РХТУ имени Д. И. Менделеева, Игорь Аветисов. «С новым методом синтеза парателлурита мы снизили суммарное содержание примесей до уровня 0,000006 массового процента».

Надо сказать, что в химии свои представления о чистоте. Человеку, далекому от этой науки, может показаться, что 99,999 процентов – это и так много, зачем улучшать что-то еще? Однако в некоторых индустриях это очень важно. В эксперименте ученых РХТУ имени Д. И. Менделеева чистота улучшается в 16 раз (с 0,0001 процента примесей до 0,000006). Это очень хороший результат.

Кристаллический TeO2, полученный сразу после реакции горения (а) и выращенный на стенках (б) / ©Изображения со сканирующего электронного микроскопа, предоставлены авторами исследования / Пресс-служба РХТУ имени Д. И. Менделеева

Для проведения синтеза ученые спроектировали и изготовили установку, состоящую из испарителя, реактора и приемника. В испарителе поддерживалась повышенная температура и находился расплав теллура. В реактор подавались его пары, а также сухой кислород. Теллур и кислород встречались в зоне, положением которой можно было управлять за счет изменения параметров потоков газов.

В результате образовывался парообразный оксид теллура TeO2, который потом переносился потоком инертного газа-носителя аргона в приемник — часть установки с пониженной температурой, где TeO2 уже осаждался на поверхностях с образованием кристаллитов парателлурита.

Параметры синтеза — например, температура расплава теллура, определяющая давление его паров, общее давление, расходы газа-носителя аргона и кислорода — определялись по результатам численного моделирования. К примеру, было показано, что оптимальная температура в реакторе не превышает 923 К — более высокая температура приводит к повреждению испарительного сопла и прилипанию синтезированного TeO2 к стенкам приемника.

Таким образом, ученые не только отработали новую методику синтеза высокочистого парателлурита, но и изучили механизм образования кристаллического TeO2 из паровой фазы. Установленные закономерности будут полезны для оптимизации производства, а также использованы в дальнейших разработках в области технологий оптоэлектроники и фотоники. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева — высшее учебное заведение в Москве, крупнейший учебный и научно-исследовательский центр в области химической технологии.
11 часов назад
Василий Парфенов

Изучение загадочной короны черной дыры, образованной рентгеновским излучением, преподнесло интересное открытие. Космические телескопы XMM-Newton и NuSTAR смогли «увидеть» свет, отраженный веществом сразу позади невероятно массивного объекта. И хотя это очередной раз подтверждает общую теорию относительности, про основной объект исследований ученые почти не получили новых данных.

30 июля
Мария Азарова

Генеральный конструктор «Энергии» и руководитель полета российского сегмента МКС Владимир Соловьев назвал причину незапланированного включения двигателей нового модуля «Наука», из-за которого станцию развернуло на 45 градусов.

30 июля
Сколтех

Исследователи Сколтеха и их коллеги изучили самый продолжительный на сегодня случай заболевания Covid-19 у пациентки с ослабленным иммунитетом, которая болела 318 дней. Исследование позволило выявить мутации, которые помогают коронавирусу SARS-CoV-2 избегать клеточного иммунитета.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: