СПОСІБ ВИРОЩУВАННЯ CuBiP₂Se₆ МЕТОДОМ СПРЯМОВАНОЇ КРИСТАЛІЗАЦІЇ З РОЗПЛАВУ

Спосіб вирощування CuBiP2Se6 методом спрямованої кристалізації з розплаву, що включає ступінчасте нагрівання вакуумованих кварцових ампул, які містять елементарні компоненти: вісмут, фосфор та селен, взяті у стехіометричному співвідношенні, який відрізняється тим, що вирощують CuBiP2Se6 у вакуумованих кварцових ампулах методом спрямованої кристалізації з розплаву при температурі 860 K і витримці при цій температурі протягом 24 год, а також зони відпалу 630 K із подальшим відпалом протягом 48 год для гомогенізації розплаву одержаної шихти зі швидкістю вирощування 0,4-0,5 мм/год, після чого охолоджують монокристал до кімнатної температури зі швидкістю 4-5 K/год.

Корисна модель належить до галузі неорганічної хімії та неорганічного матеріалознавства, зокрема стосується способів вирощування монокристалів складних тетрарних гексахалькогіподифосфатів, які становлять особливий інтерес, оскільки є перспективними як матеріали для термоелектричних пристроїв. Найближчим аналогом до запропонованої корисної моделі є спосіб вирощування монокристалів аргентум(І) бісмут(III) гексаселеногіподифосфату AgBiP2Se6 методом спрямованої кристалізації з розплаву [1]. Однак, температурний режим, використаний для вирощування CuBiP2Se6 значно відрізняється від температурного режиму, який використовується для вирощування AgBiP2Se6. Це обумовлено як різними температурами плавлення, так і різним характером їх кристалізації. Задача корисної моделі полягає в одержанні нового матеріалу з низькою теплопровідністю. Поставлена задача вирішується таким чином, що запропоновано спосіб вирощування CuBiP2Se6 методом спрямованої кристалізації з розплаву, що включає ступінчасте нагрівання вакуумованих кварцових ампул, які містять елементарні компоненти: вісмут, фосфор та селен, взяті у стехіометричному співвідношенні, в якому згідно з корисною моделлю, вирощують CuBiP2Se6 у вакуумованих кварцових ампулах методом спрямованої кристалізації з розплаву при температурі 860 K і витримці при цій температурі протягом 24 год, а також зони відпалу 630 K із подальшим відпалом протягом 48 год для гомогенізації розплаву одержаної шихти зі швидкістю вирощування 0,4-0,5 мм/год, після чого охолоджують монокристал до кімнатної температури зі швидкістю 4-5 K/год. Спосіб здійснюють наступним чином: Синтез CuBiP2Se6 для одержання монокристалів проводили з елементарних компонентів міді (99,9999 %), вісмуту (99,999 %), фосфору (99,9999 %) та селену (99,999 %) у вакуумованих до 0,13 Па кварцових ампулах. Режим синтезу включав у себе нагрівання зі швидкістю 50 K/год. до 860 K, що на 30 K вище температур плавлення сполуки та витримку при цій температурі протягом 48 год для зв'язування фосфору, селену з міддю та вісмутом з метою утворенням проміжних бінарних, тернарних та тетрарних проміжних фаз та гомогенізації розплаву. Охолодження здійснювали зі швидкістю 4-5 K/год. Вирощування монокристалів CuBiP2Se6 кристалізацією з розплаву проводили у двозонній трубчатій печі опору з використанням кварцової ампули. Температура зони розплаву складала 860 K, зони відпалу - 630 K. Для гомогенізації розплаву проводилась 24-годинна витримка ампули в зоні розплаву. Вирощування монокристала складається з формування зародка в нижній конусоподібній частині ампули методом збірної рекристалізації протягом 24 год. та нарощування кристала на сформованому зародку. Оптимальна швидкість переміщення фронту кристалізації складала 0,4-0,5 мм/год, температура відпалу складала 630 K з витримкою при цій температурі 48 год, швидкість охолодження до кімнатної температури 4-5 K/год. У результаті були одержані монокристали довжиною 40-60 мм і діаметром 14-16 мм (фіг. 1). Для одержання 10 г CuBiP2Se6 брали 0,786 г Сu, 2,586 г Ві, 0,766 г Р, та 5,862 г Se і завантажували у кварцову ампулу довжиною 140-160 мм та діаметром 16-18 мм. Ампулу відкачували до залишкового тиску 0,13 Па і проводили синтез. Однофазність одержаних монокристалів (фіг. 2) встановлено за допомогою мікрораманівської спектроскопії [2, 3]. Корисна модель може бути використана при одержанні патентозахищеного фероїчного матеріалу з аномально низькою теплопровідністю при кімнатній температурі та наявністю антисегнетоелектричного фазового переходу при Τ=135 К. Джерела інформації: 1. Патент № 153137 UA, МПК С30В9/00, С30В9/04, С30В29/46. Спосіб вирощування монокристалів аргентум(І) бісмут(III) гексаселеногіподифосфату AgBiP2Se6 методом спрямованої кристалізації з розплаву/ Сабов Вікторія Іванівна, Погодін Артем Ігорович, Філеп Михайло Йосипович, Малаховська Тетяна Олександрівна, Барчій Ігор Євгенович, Сабов Мар'ян Юрійович. - № u202204312, заяв. 14.11.2022; опуб. 25.05.2023, бюл. № 21/2023. - Найближчий аналог. 2. A. Zoppi, С. Lofrumento, E. Mario Castellucci and Μ. Grazia Migliorini. Micro-Raman technique for phase analysis on archaeological ceramics, Europe/World, 2002, Vol. 141.5, 16-21. 3. U. Schroeder, R. Sachdeva, P.D. Lomenzo, B. Xu, M. Materano, T. Mikolajick, A. Kersch. Using Raman spectroscopy and x-ray diffraction for phase determination in ferroelectric mixed Hf1-xZrxO2-based layers. J. Appl. Phys. 7 2022; 132 (21): 214104.