В РХТУ научились синтезировать высокочистый материал для оптоэлектроники (ФОТО)

[d_galaydov]

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.



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.



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. Результаты работы опубликованы в Journal of Alloys and Compounds.
Источник

Еще прочитать:
Иммунные клетки способны противостоять инопланетным микробам - ученые
Бороться с пластиковым мусором в России будет моль 
Новый материал для машиностроения создали в России 
Редактирование генома. Величайшее благо или абсолютное зло? 
Неврологи представили список продуктов полезных для мозговой активности 
Откуда в Антарктиде зеленый лед: загадка природы (ФОТО)