Германат висмута
Оксид висмута-германия или германат висмута представляет собой неорганическое химическое соединение висмута , германия и кислорода . Чаще всего этот термин относится к соединению с химической формулой Bi 4 Ge 3 O 12 ( BGO ) с кубической эвлитина кристаллической структурой , используется в качестве сцинтиллятора . (Этот термин может также относиться к другому соединению с формулой Bi 12 GeO 20 , электрооптическому материалу со структурой силленита и Bi 2 Ge 3 O 9 .)
Bi4Ge3OBi4Ge3O12
[ редактировать ]Bi 4 Ge 3 O 12 имеет кубическую кристаллическую структуру ( a = 1,0513 нм, z = 4, символ Пирсона cI76 , пр. группа I 4 3d № 220) и плотность 7,12 г/см. 3 . [1] При облучении рентгеновскими или гамма-лучами он излучает фотоны с длиной волны от 375 до 650 нм, с пиком при 480 нм он производит около 8500 фотонов на мегаэлектронвольт поглощенного излучения высокой энергии. Имеет хорошую радиационную стойкость (стабильность параметров до 5,10). 4 Гр ), высокая эффективность сцинтилляции, хорошее энергетическое разрешение от 5 до 20 МэВ, механически прочный и не гигроскопичный . Его температура плавления составляет 1050°С. Это наиболее распространенный сцинтиллятор на основе оксидов. [2]
Оксид висмута и германия используется в детекторах в физике элементарных частиц , аэрокосмической физике, ядерной медицине , геологоразведке и других отраслях. Матрицы германата висмута используются для гамма-импульсной спектроскопии. Кристаллы BGO также используются в позитронно-эмиссионной томографии детекторах .
Коммерчески доступные кристаллы выращиваются методом Чохральского и обычно поставляются в форме кубоидов или цилиндров. Можно получить большие кристаллы. Производство кристаллов обычно происходит при температуре около 1100 °C, т.е. примерно на 50 °C выше точки плавления. [3]
Би 12 ГеО 20
[ редактировать ]Bi 12 GeO 20 имеет кубическую кристаллическую структуру ( a = 1,01454 нм, z = 2, символ Пирсона cI66 , пр. гр. I23 № 197) и плотность 9,22 г/см. 3 . [4] Этот германат висмута имеет высокие электрооптические коэффициенты (3,3 пм/В для Bi 12 GeO 20 ), [5] что делает его полезным в нелинейной оптике для создания ячеек Поккельса , а также может использоваться для фоторефрактивных устройств ультрафиолетового диапазона.
Кристаллы Bi 12 GeO 20 являются пьезоэлектрическими , демонстрируют сильные электрооптические и акустооптические эффекты и находят ограниченное применение в области кварцевых генераторов и устройств на поверхностных акустических волнах . [6] Монокристаллические стержни и волокна можно выращивать методом плавающей зоны из стержня из смеси оксидов висмута и оксидов германия . [7] Кристаллы прозрачные и коричневого цвета. [8]
Кристаллы BGO и подобных ему соединений BSO (Bi 12 SiO 20 , оксид висмута , кремния , силленит ) и BTO (Bi 12 TiO 20 ) фоторефрактивны и фотопроводящие . Кристаллы BGO и BSO являются эффективными фотопроводниками с низкой темновой проводимостью . Они могут быть использованы в электрооптических приложениях, таких как оптические ПРОМ , пространственные модуляторы света ПРИЗ , запись голограмм в реальном времени , корреляторы и системы адаптивной коррекции ультракоротких лазерных импульсов, а также в волоконно-оптических датчиках электрических и магнитных полей. Волноводные конструкции обеспечивают равномерное освещение в широком спектральном диапазоне. Тонкопленочные структуры силленита, которые можно наносить, например, методом напыления , имеют широкий спектр потенциальных применений. Кристаллы BSO используются в оптически адресованных пространственных модуляторах света и в жидкокристаллических светораспределителях . [9] Оптическая активность БТО значительно меньше, чем у БГО и БСО. [10] с похожими характеристиками В отличие от перовскитов , силлениты не являются сегнетоэлектриками .
Материалы могут найти применение в оптике фазированных решеток .
При распылении мишень должна поддерживаться при температуре ниже 450 °C, поскольку в противном случае давление паров висмута приведет к выходу состава из стехиометрии , но при температуре выше 400 °C для образования пьезоэлектрической γ-фазы. [11]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фишер, П.; Вальднер, Ф. (1982). «Сравнение результатов нейтронографии и ЭПР на кубических кристаллических структурах пьезоэлектрика Bi 4 Y 3 O 12 (Y = Ge, Si)». Твердотельные коммуникации . 44 (5): 657–661. Бибкод : 1982SSCom..44..657F . дои : 10.1016/0038-1098(82)90575-0 .
- ^ Сцинтилляционный материал германата висмута . Crystals.saint-gobain.com
- ^ Процесс производства монокристаллов германата висмута с высоким сцинтилляционным откликом . Патент США Ле Гал и др. 4664744.
- ^ Свенссон, К.; Абрахамс, Южная Каролина; Бернштейн, Дж. Л. (1979). «Леворотаторный Bi 12 GeO 20 : Переизмерение структуры» . Acta Crystallographica Раздел B: Структурная кристаллография и кристаллохимия . 35 (11): 2687–2690. Бибкод : 1979AcCrB..35.2687S . дои : 10.1107/S0567740879010190 .
- ^ Хейнс, Уильям М., изд. (2016). Справочник CRC по химии и физике (97-е изд.). ЦРК Пресс . п. 12.173. ISBN 9781498754293 .
- ^ Лам, CS (2004) Интеграция технологий SAW и BAW для приложений генераторов . Международный семинар по интеграции SiP/Soc MEMS и пассивных компонентов с радиочастотными ИС
- ^ Фу, С.; Озоэ, Х. (1999). «Выращивание кристаллических стержней и волокон Bi 12 GeO 20 усовершенствованным методом плавающей зоны». Журнал материаловедения . 34 (2): 283–290. дои : 10.1023/А:1004430311364 . ISSN 0022-2461 . S2CID 136720849 .
- ^ «Технологическая лаборатория выращивания кристаллов (CGL): монокристаллы, нанотехнологии» . www.uam.es. Проверено 9 апреля 2016 г.
- ^ «Силленитные фоторефрактивные кристаллы (BGO и BSO) – Alkor Technologies» . www.alkor.net . Проверено 9 апреля 2016 г.
- ^ Трегер, Франк (2012). Справочник Springer по лазерам и оптике . Springer Science & Business Media. п. 359. ИСБН 9783642194092 .
- ^ Васа, Киётака; Китабатаке, Макото; Адачи, Хидеаки (2004). Технология тонкопленочных материалов: распыление композиционных материалов . Уильям Эндрю. п. 248. ИСБН 9780815519317 .