Флюсовый метод
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( январь 2021 г. ) |
Флюсовый метод представляет собой метод выращивания кристаллов, при котором исходные материалы растворяются в растворителе (флюс) и осаждаются с образованием кристаллов желаемого соединения. Флюс снижает температуру плавления желаемого соединения, аналогично влажной химической перекристаллизации . [1] Флюс расплавляется в высокостабильном тигле , не вступающем в реакцию с флюсом. Металлические тигли, такие как платина , титан и ниобий, используются для выращивания кристаллов оксидов. Керамические тигли, такие как оксид алюминия , цирконий и нитрид бора , используются для выращивания металлических кристаллов. [2] При росте, чувствительном к воздуху, содержимое запечатывают в ампулы или помещают в печи с контролируемой атмосферой.
Выбор флюса
[ редактировать ]Оксидные флюсы часто комбинируют для снижения летучести , вязкости и реакционной способности по отношению к тиглям. Металлические флюсы обычно не комбинируются. [3] поскольку они не страдают от таких же проблем с летучестью, вязкостью и реакционной способностью. Идеальный флюс должен обладать следующими свойствами: [2]
- Хорошая растворимость желаемого соединения при температуре роста.
- Низкая температура плавления .
- Большой разрыв между температурой плавления и кипения .
- Легко удаляется с кристаллов.
- Нереагирует с тиглем и исходными материалами при температурах роста.
| Металлический флюс | Оксидный флюс | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Поток | Точка плавления (°С) | Точка кипения (°С) | Поток | Точка плавления (°С) | Точка кипения (°С) |
| Алюминий | 660 | 2470 | Оксид свинца(II) | 888 | 1477 |
| Висмут | 271 | 1564 | Фторид свинца(II) | 824 | 1293 |
| Галлий | 30 | 2400 | Оксид висмута (III) | 817 | 1890 |
| Индий | 157 | 2072 | оксид лития | 1438 | 2600 |
| Полагать | 232 | 2602 | триоксид молибдена | 802 | 1152 |
| Вести | 328 | 1749 | фторид калия | 858 | 1502 |
Процедура печи
[ редактировать ]Ростовые материалы (исходные материалы, флюс и тигель) нагреваются до образования полного жидкого раствора . Рост охлаждают до температуры, при которой раствор полностью насыщен. Дальнейшее охлаждение приводит к осаждению кристаллов из раствора, снижая концентрацию исходных веществ в растворе и снижая температуру, при которой раствор полностью насыщен . Процесс повторяется, температура снижается и выпадает больше кристаллов. Затем процесс останавливают при желаемой температуре и нарост удаляют из печи. Практически метод флюса осуществляется путем помещения выращивания в программируемую печь: [ нужна ссылка ]
- Рампа . Печь нагревается от начальной температуры до максимальной температуры, при которой рост образует полный жидкий раствор.
- Выдержка – в печи поддерживается максимальная температура для гомогенизации раствора.
- Охлаждение — печь охлаждается до желаемой температуры в течение заданного времени или скорости.
- Удаление - Нарост удаляется из печи. Рост можно погасить , центрифугировать или просто удалить, если он уже находится при комнатной температуре.
К этому базовому температурному профилю могут быть добавлены дополнительные этапы, такие как дополнительные выдержки или разные скорости охлаждения в разных точках охлаждения. Кристаллизация может происходить посредством спонтанного зародышеобразования , стимулирования зародышем или механического напряжения. [ нужна ссылка ]
Разделение флюса
[ редактировать ]
После кристаллизации часто на поверхности или внутри желаемого кристалла остается некоторое количество затвердевшего флюса. Этот флюс может вызвать дефекты в кристалле из-за разной теплопроводности флюса и кристалла. [4] Растворитель (обычно кислота или основание) может растворить флюс, но трудно найти растворитель, который не растворял бы кристалл. Флюс можно удалить механически с помощью лезвия или дрели. Если кристалл и флюс имеют существенно разные температуры кипения, флюс можно удалить испарением. Флюс также можно удалить путем перекристаллизации, используя затравку в жидкой фазе, оставляя флюс по мере накопления кристаллов.
Удаление избыточного флюса важно для оценки свойств кристаллов, поскольку флюс может повлиять на измерения. Например, олово и свинец обладают сверхпроводимостью при низких температурах. [5] если образец имеет поток олова или свинца, сверхпроводимость может наблюдаться, даже если желаемый кристалл не является сверхпроводником.
См. также
[ редактировать ]- Химическое осаждение из паровой фазы
- Рост кристаллов
- Кристаллография
- Процесс Чохральского
- Эпитаксия
- Гидротермальный синтез
- Микровытягивание вниз
- Процесс Вернейля
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Флюсовый метод получения кристаллов.
- Выращивание монокристаллов из металлических флюсов
- Технический поток
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Байраппа, К.; Охати, Тадаши (ред.) (2003). «17.2.4 Флюсовый метод». Технология выращивания кристаллов . Норидж, Нью-Йорк: Паб William Andrew. п. 567. ИСБН 3-540-00367-3 .
Компоненты драгоценных материалов, желательные в монокристаллической форме, растворяют во флюсе (растворителе).
- ^ Jump up to: а б Татибана, Макото (2017). Руководство для начинающих по выращиванию флюсовых кристаллов . Цукуба, Ибараки Япония: Springer. стр. 61–87. ISBN 978-4-431-56586-4 .
- ^ Канацидис, Меркури Г.; Петтген, Райнер; Джейчко, Вольфганг (4 ноября 2005 г.). «Металлический флюс: препаративный инструмент для исследования интерметаллических соединений» . Angewandte Chemie, международное издание . 44 (43): 6996–7023. дои : 10.1002/anie.200462170 . ISSN 1433-7851 .
- ^ Вольф, Томас (июль 2012 г.). «Методы разделения флюсов для монокристаллов, выращенных под флюсом» . Философский журнал . 92 (19–21): 2458–2465. Бибкод : 2012PMag...92.2458W . дои : 10.1080/14786435.2012.685193 . ISSN 1478-6435 . S2CID 137541564 .
- ^ Бузеа, Кристина; Робби, Кевин (1 января 2005 г.). «Собираем пазл сверхпроводящих элементов: обзор» . Сверхпроводниковая наука и технология . 18 (1): R1–R8. arXiv : cond-mat/0410302 . дои : 10.1088/0953-2048/18/1/R01 . ISSN 0953-2048 .