Оксобромиды висмута-теллура в качестве высокотемпературных пироэлектриков и способ их получения Советский патент 1992 года по МПК C01G29/00 H01L37/00 

Изобретение относится к новым химическим неорганическим соединениям, а именно к оксобромидам висмута-теллура

формулы (1) /: .

Bi2nTeinOxBr2,(1)

где х 9 и п 2 или х 49 и п 10, в качестве высокотемпературных пироэлект- риков и к способу их прлучения.

Оксобромиды висмута-теллура формулы (1) обладают свойством преобразовывать энергию теплового .импульса в электрйческий сигнал и могут найти применение для контроля тепловых процессов в двигателях внутреннего сгорания, отслеживания направления лазерного луча нагретыми объектами и других технических задач.

Известно применение в качестве пиро- электриков собственных сегнетоэлектри- ков, таких, как триглицинсульфат (ТГС) и танталат лития (ТЛ) 1,2.

Однако известные пироэлектрики - сег- нетоэлектрики имеют недостаточно высоел

VI

го

кую температуру Кюри сегнетоэлектрика Тс, равную 36°С для ТГС и 630°С для ТЛ, и проявляют резкую зависимость пирокоэф- фициента А и диэлектрической проницаемости е от температуры, что позволяет использовать ТГС только в условиях термостабилизации, а в случае ТЛ ограничивает рабочий интервал температур (-35) -(-70)°С.

Цель изобретения - получение новых неорганических соединений, обладающих устойчивой пироэлектрической активностью во всей области существования несобственной сегнетоэлектрической фазы при незначительном изменении пирокоэффици- ента Я и диэлектрической проницаемости е во всем интервале температур.

Цель достигается новыми оксоороми- дами висмута-теллура формулы (1) в качестве высокотемпературных пироэлектриков и способом их получения.

Способ получения оксобромидов висмута-теллура формулы (1) заключается в том, что подвергают взаимодействию стехи- ометрические количества оксобромида вис- мута, двуокиси теллура и окиси висмута под остаточным давлением 1 мм рт.ст. при 630-670°С.

Исходный оксобромид висмута получают взаимодействием смеси окиси висмута с металлическим висмутом в стехиометриче- ском отношении и элементного брома под давлением 1 мм рт.ст. при 650°С.

Предпочтительно бром берут в избытке для обеспечения полноты прохождения ре- акции.

П р и м е р 1. Получение оксобромида висмута-теллура формулы

Bi4Te20gBr2

Получение оксобромида висмута фор- мулы BIQBr4,66 г В120з марки о.с.ч. смешивают с 2,09 г предварительно измельченного металлического висмута марки В-000 и перетирают смесь в агатовой ступке. После чего загружают ее в кварце- вую ампулу объемом 60 см3,куда приливают мм жидкого брома, что на 0,05 мл больше необходимого по стехиометрии количества. Ампулу замораживают жидким азотом, погружая ее на 10 мин, затем при- соединяют к форвакуумному насосу так, что конец ее с веществом остается погруженным в жидкий азот, откачивают до давления мм рт.ст. и отпаивают.

Запаянную ампулу помещают в вертикальную трубчатую печь спирального типа и в течение 2 суток медленно увеличивают температуру в печи до 650°С, после чего

продолжают отжиг в течение недели при этой температуре. Затем печь отключают и через 8 ч (время остывания) достают из нее ампулу, в которой заметны пары брома. После того, как ампулу вскрывают, избыточный бром улетучивается.

Получение оксобромида висмута-теллура формулы В14Те20эВг2. Смешивают 3,05 г BiOBr, полученного на стадии выше, 1,60 г Те02 и 2,33 г марки о.с.ч., перетирают в агатовой ступке и загружают в кварцевую ампулу, которую вакуумируют и отпаивают в соответствии с вышеописанной методикой. Эвакуированную ампулу помещают в вертикальную трубчатую печь и нагревают при 650 ±20°С в течение 3 недель. Скорость увеличения температуры в данном случае роли не играет. По окончании отжига ампулу извлекают из печи через 8 ч после ее отключения. Получают целевой продукт с количественным выходом.

Полученное соединение инконгруэнтно плавится при 790 ± 5°С, имеет рентгеновскую плотность РО 7,69 г/см3; кристаллизуется в тетрагональной сингонии с параметрами а 3,92 (5), с 9,73(1).

П р и м е р 2. Получение оксобромида висмута-теллура формулы

В 2оТею04эВг2

Соединение получают аналогично примеру 1, исходя из 0,61 г BiOBr, 1,60 гТе02 и 4,194 г с количественным выходом.

Полученное соединение конгруэнтно плавится при 835 ± 5°С, имеет рентгеновскую плотность РО 7,53 г/см3.

Соединение кристаллизуется в ромбической сингонии со следующими параметрами: а - 5,53(9), b 10,93(9), с 11,54(6).

Возможйо также получение указанных соединений без предварительного синтеза ВЮВгс использованием марки Ч, однако, чтобы избавиться от нежелательных примесей необходима предварительная очистка бромида висмута перегонкой под вакуумом.

Данные рентгенофазового анализа обоих синтезированных оксобромидов висмута-теллура, полученные на монохроматическом медном излучении в камере типа Гинье-де-Вольфа с никелевым фильтром, приведены в табл.1, где d представляет межплоскостные расстояния в Ангстремах и l/lo - относительные интенсивности.

Изучение пироэлектрических свойств оксобромидов висмута-теллура проводили в широком интервале температур: 20 - 850°С, исходя изданных по температурной зависимости спонтанной поляризации Р3. При

этом пирокоэффициент А dPs/dT, т;е. представляет производную спонтанной поляризации PS по температуре Т.

В качестве эталона использовали порошкообразный препарат известного пиро- электрика - сегнетоэлектрика танталата лития (ТЛ) одинаковой с оксобромидами висмута-теллура степени дисперсности, равной 3-5 мкм. ь

Величину спонтанной поляризации Р3 определяли по относительной величине сигнала второй гармоники лазерного излучения I2.

Зависимость между ч со и PS определяет формула (1)

2 (о const(n + 1)6 Р§,(1)

в которой п - показатель преломления 2,3.

Спонтанная поляризация Р8дляТЛ равна 50 мк Кл/см2, его показатель преломления птл 2,2. Показатели преломления изучаемых рксобромидов висмута-теллура приняты равными показателю преломления танталата лития.

В этих условиях величину спонтанной поляризации оксобромидов висмута-теллура определяли по формуле (2)

Ps(B 2nTe|nOxBr2)50

l2 (Bi2n Tein Ox ВГ2 l2 (ТЛ)

Для измерения интенсивности 12 (О использовали лазер марки ЛТИ-ПЧ-7 на кристалле иттрий-алюминиевого граната, активированного ионами неодима, работающий в режиме модулированной добротности. Длительность лазерного импульса на длине волны 1,064 мкм составляла с, мощность 0,1 МВт, частота повторения 25 Гц.

Возникающее в образце под действием лазерного импульса излучение на длине волны второй гармоники (2 со выделяли с помощью интерференционных светофильтров и регистрировали фотоумножителем.

см

(2)

Испытаниям были подвергнуты по 5 образцов оксобромидов висмута-теллура двух структур, полученных в примерах 1 и 2. Разброс данных по интенсивности второй опти5 ческой гармоники при 20°С не превышал 15%. Температурные измерения свидетельствуют о сохранении сегнетоэлектрических и пироэлектрических свойств в широком интервале температур. Приэтомуисследован10 ных образцов оксобромидов в отличие от ТЛ наблюдали не квадратичный, а линейный спад спонтанной поляризации с температурой, что обеспечивает постоянство пироко- эффициента Я dPs/dT в широком

15 интервале температур. Верхней границей существования пироэлектрически/ свойств оксобромидов висмута-теллура является их . сегнетоэлектрическая точка Кюри (Тс), в которой сигнал второй гармоники и спонтан20 ная поляризация исчезают.

, В табл.2 приведены средние значения измеренных и вычисленных параметров и указана относительная точность их определения.

25 Таким образом, оба новых пироэлектри- ка превосходят пироэлектрик-сегнетоэлект- рик такталат лития по величине пирокоэффициента при широком интервале стабильности пиросвойств в области высо30 ких температур.

Формула изобретения

1.Оксобромиды висмута-теллура формулы

35 Bi2nTeinOxBr2,

где х 9 и п 2 или х 49 и п 10, в качестве высокотемпературных пиро- электриков.

2.Способ получения оксобромидов вис- 40 мута-теллура формулы

Bi2nTeinOxBr2,

где х 9 и п 2 или х 49 и П 10, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что подвергают взаимодействию стехиометрические коли- 45 чества оксибромида висмута, двуокиси теллура и окиси висмута под остаточным давлением 1 мм рт.ст. при 630 - 670°С.

Таблица Данные рентгенофазового анализа оксобромидов висмута-теллура

Изобретение касается соединений висмута, в частности получения оксобромидов висмута- теллура формулы Bi2nTeinOxBr2, где а) х 9 и п 2 или б) х 49 и п 10, в качестве высокотемпературных пироэлект- риков. Цель - создание нового способа получения полезных веществ указанного класса. Синтез ведут реакцией стехиомет- рических количеств оксобромида висмута, двуокиси теллура и окиси висмута под остаточным давлением 1 мм рт.ст. при 630 - 670°С. Выход количественный. Пироэлектрические свойства в интервале температур 20 - 850°С определены из данных по температурной зависимости спонтанной поляризации (Ps). Пирокоэффициент Я dPs/dT. PS-определяют по относительной величине сигнала второй гармоники лазерного излучения 2 (о . Зависимость между последней и Ps определяется из ф-лы la ft const (n + 1)1 -p|, где п - показатель преломления; Ps 50 мк Кл/см2. Новые высокотемпературные пироэлектрики во всей области существования несобственной сег- нетоэлектрической фазы (20 - 800°С) превосходит известный пи роэлектрик- сегнетоэлектрик танталат лития. 2 табл. СО

Таблица 2