В РХТУ научились синтезировать высокочистый материал для оптоэлектроники — Naked Science
8 минут
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.
РХТУ им. Д.И. Менделеева
8 статей
Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева — высшее учебное заведение в Москве, крупнейший учебный и научно-исследовательский центр в области химической технологии.
26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

28 февраля
75 минут
Редакция

Наверное, еще с того момента, как первые наши прапрапредки обрели сознание, человек боялся смерти и искал пути ее предотвратить или отсрочить. Древний человек жаждал утешения в представлениях о загробном мире, позже алхимики пытались изобрести зелья, которые помогли бы достичь бессмертия. С развитием науки ученые стремились понять, как работает наша смертность на клеточном уровне и еще глубже – и можно ли серьезно изменить отмеренный человеку век. Именно о теломерах часто говорят как о некоем секрете долголетия, том самом волшебном рычаге в ДНК, который может прибавить один-два десятка лет к нашей жизни. Так ли это?

26 февраля
5 минут
Мария Кривоченко

Ученые создали компьютерную сеть, которая имитирует человеческий мозг. Благодаря ей удалось выяснить, как человек обрабатывает движущиеся изображения, и понять, как появляются оптические иллюзии.

26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

23 февраля
4 минуты
Виктория Сафронова

Звук — шум от передвижения марсохода — записан одним из его микрофонов.

24 февраля
10 минут
Мария Азарова

Ученые провели анализ по 353 профессиям и оценили, насколько различия в статусе потребления алкоголя можно объяснить родом занятий.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

2 февраля
44 минуты
Александр Березин

В научном журнале The Lancet появились итоги клинических испытаний «Спутника-V», и на первый взгляд эта публикация — триумф. Российская вакцина показала эффективность выше, чем у Pfizer и Moderna. Увы, на этом хорошие новости закончились. Плохих две.

26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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: