✖


Jump to content

Пятиокись тантала

Пятиокись тантала

  Облицовка   ТО
Имена
Название ИЮПАК
Tantalum(V) oxide
Систематическое название ИЮПАК
Пентаоксид дитантала
Идентификаторы
3D model ( JSmol )
ХимическийПаук
Информационная карта ECHA 100.013.854 Отредактируйте это в Викиданных
НЕКОТОРЫЙ
Характеристики
Ta2OТа2О5
Молярная масса 441.893 g/mol
Появление белый порошок без запаха
Плотность β-Ta 2 O 5 = 8,18 г/см 3 [1]
α-Ta 2 O 5 = 8,37 г/см 3
Температура плавления 1872 ° C (3402 ° F; 2145 К)
незначительный
Растворимость нерастворим в органических растворителях и большинстве минеральных кислот , реагирует с HF
Запрещенная зона 3,8–5,3 эВ
−32.0 × 10 −6 см 3 /моль
2.275
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).

Пятиокись тантала , также известная как оксид тантала (V), представляет собой неорганическое соединение с формулой Ta.
22О
5 . Это белое твердое вещество, нерастворимое во всех растворителях, но подвергающееся воздействию сильных оснований и плавиковой кислоты . Та
22О
5 представляет собой инертный материал с высоким показателем преломления и низким поглощением (т.е. бесцветный), что делает его полезным для покрытий. [2] Он также широко используется в производстве конденсаторов из-за его высокой диэлектрической проницаемости .

Подготовка

[ редактировать ]

возникновение

[ редактировать ]

Тантал встречается в минералах танталите и колумбите (колумбий — архаичное название ниобия), которые встречаются в пегматитах , магматических горных породах. Смеси колумбита и танталита называются колтаном . Танталит был открыт Андерсом Густавом Экебергом. [ когда? ] в Иттерби , Швеция, и Кимото, Финляндия. Минералы микролит и пирохлор содержат около 70% и 10% Та соответственно.

Переработка

[ редактировать ]

Танталовые руды часто содержат значительное количество ниобия , который сам по себе является ценным металлом. Таким образом, оба металла извлекаются для последующей продажи. В целом процесс является гидрометаллургическим и начинается со стадии выщелачивания ; при котором руда обрабатывается плавиковой кислотой и серной кислотой для получения водорастворимых фторидов водорода , таких как гептафторотанталат . Это позволяет отделить металлы от различных неметаллических примесей в породе.

(FeMn)(NbTa) 2 O 6 + 16 HF → H 2 [TaF 7 ] + H 2 [NbOF 5 ] + FeF 2 + MnF 2 + 6 H 2 O

Гидрофториды тантала и ниобия затем удаляют из водного раствора жидкостно-жидкостной экстракцией с использованием органических растворителей , таких как циклогексанон или метилизобутилкетон . Этот этап позволяет легко удалить различные металлические примеси (например, железо и марганец), которые остаются в водной фазе в виде фторидов . Разделение тантала и ниобия затем достигается путем регулирования pH . Ниобию требуется более высокий уровень кислотности, чтобы оставаться растворимым в органической фазе, и, следовательно, его можно селективно удалить путем экстракции в менее кислую воду.Чистый раствор фторида тантала затем нейтрализуют водным раствором аммиака с получением гидратированного оксида тантала (Ta 2 O 5 (H 2 O) x ), который прокаливают до пятиокиси тантала (Ta 2 O 5 ), как описано в этих идеализированных уравнениях: [3]

H 2 [TaF 7 ] + 5 H 2 O + 7 NH 3 → ⁠ 1/2 О ⁠ Та ( 2 F 5 Н 2 ) 5 + 7 NH 4 О
Та 2 О 5 (Н 2 О) 5 → Та 2 О 5 + 5 Н 2 О

Природный чистый оксид тантала известен как минерал тантит , хотя он встречается чрезвычайно редко. [4]

Из алкоксидов

[ редактировать ]

Оксид тантала часто используется в электронике, часто в виде тонких пленок . Для этих применений его можно производить методом MOCVD (или родственными методами), который включает гидролиз его летучих галогенидов или алкоксидов :

Ta 2 (OEt) 10 + 5 H 2 O → Ta 2 O 5 + 10 EtOH
2 TaCl 5 + 5 H 2 O → Ta 2 O 5 + 10 HCl

Структура и свойства

[ редактировать ]

Кристаллическая структура пентаоксида тантала была предметом некоторых споров. Массовый материал неупорядочен , [5] быть либо аморфным , либо поликристаллическим ; монокристаллы . трудно выращивать Таким образом, рентгеновская кристаллография в основном ограничивалась порошковой дифракцией , которая дает меньше структурной информации.

как минимум 2 полиморфа Известно, что существуют . Низкотемпературная форма, известная как L- или β-Ta 2 O 5 , и высокотемпературная форма, известная как H- или α-Ta 2 O 5 . Переход между этими двумя формами медленный и обратимый; происходит при температуре от 1000 до 1360 ° C, причем при промежуточных температурах существует смесь структур. [5] Структуры обоих полиморфов состоят из цепочек, построенных из октаэдрических TaO 6 и пятиугольных бипирамидальных TaO 7 многогранников, имеющих общие противоположные вершины; которые далее соединяются разделением ребер. [6] [7] Общая кристаллическая система в обоих случаях является ромбической , при этом пространственная группа β-Ta 2 O 5 идентифицируется как Pna2 методом рентгеновской дифракции монокристалла. [8] о форме высокого давления ( Z -Ta 2 O 5 Сообщалось также ), в которой атомы Та принимают 7-координатную геометрию, образуя моноклинную структуру (пространственная группа C2). [9]

Чисто аморфный пентаоксид тантала имеет локальную структуру, аналогичную кристаллическим полиморфам, построенным из полиэдров TaO 6 и TaO 7 , тогда как расплавленная жидкая фаза имеет отчетливую структуру, основанную на полиэдрах более низкой координации, главным образом TaO 5 и TaO 6 . [10]

Трудность формирования материала с однородной структурой привела к различиям в его заявленных свойствах. Как и многие оксиды металлов, Ta 2 O 5 является изолятором , и его ширина запрещенной зоны , по разным данным, составляет от 3,8 до 5,3 эВ, в зависимости от метода производства. [11] [12] [13] В общем, чем более аморфен материал, тем больше наблюдаемая запрещенная зона.Эти наблюдаемые значения значительно превышают предсказанные вычислительной химией (2,3–3,8 эВ). [14] [15] [16]

Его диэлектрическая проницаемость обычно составляет около 25 [17] хотя сообщалось о значениях более 50. [18] В целом пентаоксид тантала считается диэлектрическим материалом с высоким коэффициентом k .

Реакции

[ редактировать ]

Ta 2 O 5 существенно не реагирует ни с HCl, ни с HBr, однако он растворяется в плавиковой кислоте и реагирует с бифторидом калия и HF по следующему уравнению: [19] [20]

Ta 2 O 5 + 4 KHF 2 + 6 HF → 2 K 2 [TaF 7 ] + 5 H 2 O

Ta 2 O 5 можно восстановить до металлического Та с помощью металлических восстановителей, таких как кальций и алюминий.

Та 2 О 5 + 5 Са → 2 Та + 5 СаО
Несколько 10 мкФ × 30 В постоянного тока танталовых конденсаторов , твердотельных, покрытых эпоксидной смолой. Полярность четко обозначена.

Использование

[ редактировать ]

В электронике

[ редактировать ]

Благодаря высокой запрещенной зоне и диэлектрической проницаемости пентаоксид тантала нашел множество применений в электронике, особенно в танталовых конденсаторах . Они используются в автомобильной электронике , сотовых телефонах и пейджерах, электронных схемах; тонкопленочные компоненты; и высокоскоростные инструменты. В 1990-х годах возрос интерес к использованию оксида тантала в качестве диэлектрика high-k для DRAM . конденсаторов [21] [22]

Он используется во встроенных конденсаторах металл-изолятор-металл для высокочастотных КМОП интегральных схем . Оксид тантала может найти применение в качестве слоя улавливания заряда для энергонезависимой памяти . [23] [24] Оксид тантала находит применение в резистивной переключаемой памяти . [25]

В оптике

[ редактировать ]

Благодаря высокому преломления Ta 2 O 5 нашел применение при изготовлении стекол фотообъективов показателю . [2] [26] Его также можно наносить в качестве оптического покрытия , типичным применением которого являются просветляющие покрытия и многослойные фильтрующие покрытия в диапазоне от ближнего УФ до ближнего инфракрасного диапазона . [27]

Ta 2 O 5 Также было обнаружено, что имеет высокий нелинейный показатель преломления . [28] [29] примерно в три раза больше, чем у нитирида кремния , что привело к интересу к использованию Ta 2 O 5 в фотонных интегральных схемах . Ta 2 O 5 недавно был использован в качестве материальной платформы для генерации суперконтинуума. [30] [31] и частотные гребенки Керра [29] в волноводах и оптических кольцевых резонаторах . Благодаря добавлению легирующих примесей редкоземельных элементов в процессе осаждения волноводные лазеры Ta 2 O 5 могут использоваться в различных приложениях, таких как дистанционное зондирование и LiDAR . [32] [33] [34]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Райсман, Арнольд; Хольцберг, Фредерик; Беркенблит, Мелвин; Берри, Маргарет (20 сентября 1956 г.). «Реакции пентоксидов группы VB с оксидами и карбонатами щелочных металлов. III. Термические и рентгенофазовые диаграммы системы K 2 O или K 2 CO 3 с Ta 2 O 5 ». Журнал Американского химического общества . 78 (18): 4514–4520. дои : 10.1021/ja01599a003 .
  2. ^ Jump up to: а б Фэйрбратер, Фредерик (1967). Химия ниобия и тантала . Нью-Йорк: Издательская компания Elsevier. стр. 1–28 . ISBN  978-0-444-40205-9 .
  3. ^ Энтони Агулянски (2004). «Химия фтора при переработке тантала и ниобия». В Анатолии Агулянском (ред.). Химия соединений фторидов тантала и ниобия (1-е изд.). Берлингтон: Эльзевир. ISBN  9780080529028 .
  4. ^ «Тантит: информация и данные о минералах тантита» . Mindat.org . Проверено 3 марта 2016 г.
  5. ^ Jump up to: а б Аскеджунг, Шарлотта; Мариндер, Бенгт-Олов; Сундберг, Маргарета (1 ноября 2003 г.). «Влияние термической обработки на структуру L- 2O5 » Ta . Журнал химии твердого тела . 176 (1): 250–258. Бибкод : 2003JSSCh.176..250A . дои : 10.1016/j.jssc.2003.07.003 .
  6. ^ Стивенсон, Северная Каролина; Рот, Р.С. (1971). «Структурная систематика в бинарной системе Ta 2 O 5 –WO 3 . V. Строение низкотемпературной формы оксида тантала L-Ta 2 O 5 ». Acta Crystallographica Раздел B. 27 (5): 1037–1044. Бибкод : 1971AcCrB..27.1037S . дои : 10.1107/S056774087100342X .
  7. ^ Уэллс, А.Ф. (1947). Структурная неорганическая химия . Оксфорд: Кларендон Пресс.
  8. ^ Уолтен, генеральный директор; Чейз, AB (1 августа 1969 г.). «Монокристаллические данные для β Ta 2 O 5 и A KPO 3 ». Журнал кристаллографии . 129 (5–6): 365–368. Бибкод : 1969ZK....129..365W . дои : 10.1524/zkri.1969.129.5-6.365 .
  9. ^ Зибров, ИП; Филоненко, вице-президент; Сундберг, М.; Вернер, П.-Э. (1 августа 2000 г.). «Структуры и фазовые переходы B-Ta 2 O 5 и Z-Ta 2 O 5 : две формы высокого давления Ta 2 O 5 ». Acta Crystallographica Раздел B. 56 (4): 659–665. дои : 10.1107/S0108768100005462 . ПМИД   10944257 . S2CID   22330435 .
  10. ^ Олдерман, ОЛГ; Бенмор, CJ; Нойфайнд, Дж.; Койе, Э.; Мермет, А.; Мартинес, В.; Тамалонис, А.; Вебер, Р. (2018). «Аморфная тантала и ее связь с расплавленным состоянием» . Материалы физического обзора . 2 (4): 043602. Бибкод : 2018PhRvM...2d3602A . doi : 10.1103/PhysRevMaterials.2.043602 .
  11. ^ Кукли, Каупо; Аарик, Яан; Аидла, Алекс; Кохан, Оксана; Уустаре, Теет; Саммельсельг, Вяйно (1995). «Свойства тонких пленок оксида тантала, выращенных методом атомно-слоевого осаждения». Тонкие твердые пленки . 260 (2): 135–142. Бибкод : 1995TSF...260..135K . дои : 10.1016/0040-6090(94)06388-5 .
  12. ^ Флеминг, Р.М.; Ланг, Д.В.; Джонс, CDW; Штайгервальд, МЛ; Мерфи, Д.В.; Алерс, Великобритания; Вонг, Ю.-Х.; ван Довер, РБ; Кво, младший; Серджент, AM (1 января 2000 г.). «Перенос заряда с преобладанием дефектов в тонких пленках аморфного Ta 2 O 5 ». Журнал прикладной физики . 88 (2): 850. Бибкод : 2000JAP....88..850F . дои : 10.1063/1.373747 .
  13. ^ Муравала, Пракаш А.; Савай, Микио; Тацута, Тошиаки; Цудзи, Осаму; Фудзита, Шизуо; Фудзита, Сигео (1993). «Структурные и электрические свойства Ta 2 O 5 , выращенного с помощью плазменно-усиленного жидкостного источника CVD с использованием пентаэтокси-танталового источника». Японский журнал прикладной физики . 32 (Часть 1, № 1Б): 368–375. Бибкод : 1993JaJAP..32..368M . дои : 10.1143/JJAP.32.368 . S2CID   97813703 .
  14. ^ Рампрасад, Р. (1 января 2003 г.). «Основные принципы исследования дефектов кислородных вакансий в пентаоксиде тантала». Журнал прикладной физики . 94 (9): 5609–5612. Бибкод : 2003JAP....94.5609R . дои : 10.1063/1.1615700 .
  15. ^ Савада, Х.; Каваками, К. (1 января 1999 г.). «Электронная структура кислородной вакансии в Та 2 О 5 ». Журнал прикладной физики . 86 (2): 956. Бибкод : 1999JAP....86..956S . дои : 10.1063/1.370831 .
  16. ^ Нэшед, Рами; Хасан, Валид М.И.; Исмаил, Да; Аллам, Наге К. (2013). «Раскрытие взаимодействия кристаллической структуры и электронной зонной структуры оксида тантала (Ta 2 O 5 )». Физическая химия Химическая физика . 15 (5): 1352–7. Бибкод : 2013PCCP...15.1352N . дои : 10.1039/C2CP43492J . ПМИД   23243661 .
  17. ^ Маканьо, В.; Шульце, JW (1 декабря 1984 г.). «Рост и свойства тонких оксидных слоев на танталовых электродах». Журнал электроаналитической химии и межфазной электрохимии . 180 (1–2): 157–170. дои : 10.1016/0368-1874(84)83577-7 .
  18. ^ Хиратани, М.; Кимура, С.; Хамада, Т.; Иидзима, С.; Наканиши, Н. (1 января 2002 г.). «Гексагональный полиморф пентаоксида тантала с повышенной диэлектрической проницаемостью». Письма по прикладной физике . 81 (13): 2433. Бибкод : 2002ApPhL..81.2433H . дои : 10.1063/1.1509861 .
  19. ^ Агулянский, А (2003). «Фторотанталат калия в твердом, растворенном и расплавленном состояниях». J. Фтор Химия . 123 (2): 155–161. дои : 10.1016/S0022-1139(03)00190-8 .
  20. ^ Брауэр, Георг (1965). Справочник по препаративной неорганической химии . Академическая пресса. п. 256. ИСБН  978-0-12-395591-3 .
  21. ^ Эжилвалаван, С.; Ценг, Тайвань (1999). «Получение и свойства тонких пленок пентаоксида тантала (Ta 2 O 5 ) для применения в сверхбольших интегральных схемах (ULSI) - обзор». Журнал материаловедения: Материалы в электронике . 10 (1): 9–31. дои : 10.1023/А:1008970922635 . S2CID   55644772 .
  22. ^ Шанельер, К; Отран, JL; Дивайн, РАБ; Балланд, Б. (1998). «Тонкие пленки пентаоксида тантала (Ta 2 O 5 ) для современных диэлектрических применений». Материаловедение и инженерия: Р. 22 (6): 269–322. дои : 10.1016/S0927-796X(97)00023-5 .
  23. ^ Ван, X; и др. (2004). «Новая энергонезависимая память типа MONOS с использованием диэлектриков с высоким κ для улучшения хранения данных и скорости программирования». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 51 (4): 597–602. Бибкод : 2004ITED...51..597W . дои : 10.1109/TED.2004.824684 .
  24. ^ Чжу, Х; и др. (2013). «Проектирование и изготовление стеков Ta 2 O 5 для приложений дискретной многобитной памяти». Транзакции IEEE по нанотехнологиям . 12 (6): 1151–1157. Бибкод : 2013ITNan..12.1151Z . дои : 10.1109/TNANO.2013.2281817 . S2CID   44045227 .
  25. ^ Ли, M-J; и др. (2011). «Быстрое, долговечное и масштабируемое энергонезависимое запоминающее устройство, изготовленное из асимметричных двухслойных структур Ta 2 O 5- x /TaO 2- x ». Природные материалы . 10 (8): 625–630. Бибкод : 2011NatMa..10..625L . дои : 10.1038/NMAT3070 . ПМИД   21743450 .
  26. ^ Музыкант, Соломон (1985). «Оптическая композиция стекла» . Оптические материалы: введение в выбор и применение . ЦРК Пресс. п. 28. ISBN  978-0-8247-7309-0 .
  27. ^ «Оксид тантала для оптических покрытий» . Материон . Проверено 1 апреля 2021 г.
  28. ^ Тай, Чао-И; Уилкинсон, Джеймс С.; Перни, Николас МБ; Нетти, М. Катерина; Каттанео, Ф.; Финлейсон, Крис Э.; Баумберг, Джереми Дж. (18 октября 2004 г.). «Определение нелинейного показателя преломления в ребристом волноводе Ta2O5 методом автофазовой модуляции» . Оптика Экспресс . 12 (21): 5110–5116. Бибкод : 2004OExpr..12.5110T . дои : 10.1364/OPEX.12.005110 . ISSN   1094-4087 . ПМИД   19484065 .
  29. ^ Jump up to: а б Юнг, Ходжун; Ю, Су-Пэн; Карлсон, Дэвид Р.; Дрейк, Тара Э.; Брилес, Трэвис К.; Папп, Скотт Б. (20 июня 2021 г.). «Нелинейная интегральная фотоника Тантала Керр» . Оптика . 8 (6): 811–817. arXiv : 2007.12958 . Бибкод : 2021Оптика...8..811J . дои : 10.1364/OPTICA.411968 . ISSN   2334-2536 . S2CID   220793938 .
  30. ^ Вудс, Джонатан Р.К.; Дайкин, Джейк; Тонг, Эми СК; Лакава, Козимо; Петропулос, Периклис; Троппер, Энн К.; Хорак, Питер; Уилкинсон, Джеймс С.; Апостолопулос, Василис (12 октября 2020 г.). «Генерация суперконтинуума в волноводах из пятиокиси тантала для длин волн накачки в спектральной области от 900 до 1500 нм» . Оптика Экспресс . 28 (21): 32173–32184. Бибкод : 2020OExpr..2832173W . дои : 10.1364/OE.403089 . ISSN   1094-4087 . ПМИД   33115180 .
  31. ^ Фан, Ранран; Линь, Юань-Яо; Чанг, Лин; Боес, Андреас; Бауэрс, Джон; Лю, Цзя-Вэй; Линь, Чао-Хонг; Ван, Те-Кенг; Цяо, Цзюньпэн; Куо, Хао-Чунг; Линь, Гонг-Ру; Ши, Минь-Сюн; Хунг, Юнг-младший; Чиу, И-Джен; Ли, Чао-Куэй (12 апреля 2021 г.). «Генерация суперконтинуума высшего порядка в канальном волноводе пятиокиси тантала (Ta2O5)» . Научные отчеты . 11 (1): 7978. Бибкод : 2021NatSR..11.7978F . дои : 10.1038/s41598-021-86922-8 . ISSN   2045-2322 . ПМК   8042067 . ПМИД   33846403 .
  32. ^ Тонг, Эми СК; Митчелл, Колин Дж.; Агаджани, Армен; Сешнс, Нил; Сентил Муруган, Г.; Маккензи, Джейкоб И.; Уилкинсон, Джеймс С. (01 сентября 2020 г.). «Спектроскопия волноводов пятиокиси тантала, легированных тулием, на кремнии» . Оптические материалы Экспресс . 10 (9): 2201. Бибкод : 2020OMExp..10.2201T . дои : 10.1364/OME.397011 . ISSN   2159-3930 .
  33. ^ Агаджани, А; Муруган, Г.С.; Сессии, НП; Апостолопулос, В; Уилкинсон, Дж.С. (17 июня 2015 г.). «Спектроскопия высококонтрастных волноводов Yb:Ta 2 O 5 для лазерных применений» . Физический журнал: серия конференций . 619 (1): 012031. Бибкод : 2015JPhCS.619a2031A . дои : 10.1088/1742-6596/619/1/012031 . ISSN   1742-6596 .
  34. ^ Субрамани, Анант З.; Отон, Клаудио Дж.; Шеперд, Дэвид П.; Уилкинсон, Джеймс С. (ноябрь 2010 г.). «Волноводный лазер, легированный эрбием, в пентаоксиде тантала» . Письма IEEE Photonics Technology . 22 (21): 1571–1573. Бибкод : 2010IPTL...22.1571S . дои : 10.1109/LPT.2010.2072495 . ISSN   1041-1135 . S2CID   28849615 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Tantalum_pentoxide&oldid=1234632239"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: ff9d84d5968cd820133a53bf9a475fc7__1721026620
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/ff/c7/ff9d84d5968cd820133a53bf9a475fc7.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Tantalum pentoxide - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)