Способ получения кристаллов вольфрамата натрия-висмута



Способ получения кристаллов вольфрамата натрия-висмута
Способ получения кристаллов вольфрамата натрия-висмута
Способ получения кристаллов вольфрамата натрия-висмута

 


Владельцы патента RU 2485218:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) (RU)

Изобретение относится к области выращивания из расплава нелегированных кристаллов вольфрамата натрия-висмута NaBi(WO4)2, являющегося перспективным материалом для Черепковских детекторов. Выращивание кристаллов осуществляют методом Чохральского в воздушной атмосфере со скоростью вытягивания 4-5 мм/час и скоростью вращения кристалла 15-19 мин-1. Способ позволяет получать кристаллы, прозрачные в видимом диапазоне начиная с длины волны 352 нм. 3 ил., 4 пр.

 

Изобретение относится к области выращивания кристаллов из расплава. Вольфрамат натрия висмута NaBi(WO4)2 - перспективный материал для Черенковских детекторов.

Известен способ получения кристаллов NaBi(WO4)2 методом Чохральского [E.G.Devitsin, V.A.Kozlov, V.A.Nefedov, A.R.Terkulov, B.I.Zadneprovski. Colorless NaBi(WO4)2: In Cherenkov Crystals for Electromagnetic Calorimetry. Научно-информационный журнал «ЭЛЛФИ», 2003, выпуск 5, №28, с.1-14] - прототип, в котором кристаллы выращивают в воздушной среде, из платиновых тиглей, со скоростью вытягивания 4-5 мм/час при скорости вращения 30-32 мин-1. По этому способу получены нелегированные кристаллы NaBi(WO4)2, а также кристаллы, легированные индием.

Основной недостаток способа-прототипа состоит в том, что нелегированные кристаллы NaBi(WO4)2 практически непрозрачны в диапазоне длин волн 352-380 нм, что снижает эффективность их применения в Черенковских детекторах. При выращивании кристаллов по способу-прототипу, для обеспечения прозрачности в указанном диапазоне, NaBi(WO4)2 необходимо легировать индием, что усложняет процесс.

На Фиг.1 представлены опубликованные авторами способа-прототипа [E.G.Devitsin, V.A.Kozlov, V.A.Nefedov, A.R.Terkulov, B.I.Zadneprovski. Colorless NaBi(WO4)2: In Cherenkov Crystals for Electromagnetic Calorimetry. Научно-информационный журнал «ЭЛЛФИ», 2003, выпуск 5, №28, с.1-14] спектры светопропускания нелегированного NaBi(WO4)2, а также кристалла, легированного индием. Из спектров на Фиг.1 видно, что нелегированный кристалл NaBi(WO4)2 прозрачен в видимом диапазоне начиная с длины волны 380 нм, а легированный индием - начиная с длины волны 352 нм.

Задачей данного изобретения является упрощение процесса получения кристаллов NaBi(WO4)2, прозрачных в диапазоне длин волн 352-380 нм.

Эта задача решается в предлагаемом способе в воздушной атмосфере из платинового тигля со скоростью вытягивания 4-5 мм/час за счет выращивания нелегированных кристаллов NaBi(WO4)2 со скоростью вращения 15-19 мин-1.

На фиг.2 показаны кристалл NaBi(WO4)2, выращенный по предлагаемому способу (слева), и заготовка твердотельного элемента Черепковского детектора из такого кристалла (справа).

На фиг.3 представлен спектр светопропускания кристалла NaBi(WO4)2, выращенного по предлагаемому способу. Видно, что материал прозрачен в видимом диапазоне начиная с волнового числа 28400 см-1, что соответствует длине волны 352 нм.

Таким образом, получен нелегированный NaBi(WO4)2, прозрачный в диапазоне длин волн 352-380 нм.

Достигнутый результат может быть объяснен следующим образом. При выращивании NaBi(WO4)2 с высокими скоростями вытягивания и вращения, в кристаллах, как правильно отмечено авторами способа-прототипа, образуются точечные дефекты, а именно вакансии вольфрама и атомы висмута, занимающие места атомов натрия в решетке (см. [E.G.Devitsin, V.A.Kozlov, V.A.Nefedov, A.R.Terkulov, B.I.Zadneprovski. Colorless NaBi(WO4)2: In Cherenkov Crystals for Electromagnetic Calorimetry. Научно-информационный журнал «ЭЛЛФИ», 2003, выпуск 5, №28, с.4]). Эти дефекты обуславливают появление глубоких энергетических уровней в запрещенной зоне NaBi(WO4)2, вызывающих интенсивное поглощение света в диапазоне длин волн 350-420 нм и, как следствие, непрозрачность кристаллов в диапазоне длин волн 352-380 нм. В способе-прототипе прозрачность кристаллов в диапазоне длин волн 352-380 нм достигается за счет компенсации глубоких уровней при введении примеси индия. В предлагаемом способе, за счет снижения скорости вращения кристалла, существенно снижается концентрация точечных дефектов в NaBi(WO4)2, что позволяет получать нелегированные кристаллы, прозрачные в диапазоне длин волн 352-380 нм. Исключение легирования упрощает технологический процесс.

Предлагаемый интервал скорости вращения выбран экспериментально. При скорости выше 19 мин-1 значительно возрастает концентрация точечных дефектов в кристаллах, и, как следствие, NaBi(WO4)2 интенсивно поглощает свет с длинами волн 352-380 нм. При скоростях вращения ниже 15 мин-1 выращивание качественного NaBi(WO4)2 неосуществимо, так как в этом случае механизм роста сменяется на дендритный и в кристаллах образуется множество структурных макродефектов, что делает невозможным применение NaBi(WO4)2 в Черенковских детекторах.

Пример 1

Кристалл вольфрамата натрия-висмута NaBi(WO4)2 выращивается методом Чохральского в воздушной атмосфере из платинового тигля со скоростью вытягивания 4 мм/час и скоростью вращения кристалла 14 мин-1. Получить качественный NaBi(WO4)2 не удается из-за дендритного механизма роста кристалла.

Пример 2

Кристалл вольфрамата натрия-висмута NaBi(WO4)2 выращивается методом Чохральского в воздушной атмосфере из платинового тигля со скоростью вытягивания 5 мм/час и скоростью вращения кристалла 15 мин-1. Получен кристалл NaBi(WO4)2, прозрачный в диапазоне длин волн 352-380 нм.

Пример 3

Кристалл вольфрамата натрия-висмута NaBi(WO4)2 выращивается методом Чохральского в воздушной атмосфере из платинового тигля со скоростью вытягивания 4 мм/час и скоростью вращения кристалла 19 мин-1. Получен кристалл NaBi(WO4)2, прозрачный в диапазоне длин волн 352-380 нм.

Пример 4

Кристалл вольфрамата натрия-висмута NaBi(WO4)2 выращивается методом Чохральского в воздушной атмосфере из платинового тигля со скоростью вытягивания 5 мм/час и скоростью вращения кристалла 20 мин-1. Получен кристалл NaBi(WO4)2, практически полностью поглощающий свет в диапазоне длин волн 352-380 нм, т.е. непрозрачный в данном диапазоне.

Способ получения кристаллов вольфрамата натрия-висмута NaBi(WO4)2 методом Чохральского в воздушной атмосфере из платинового тигля со скоростью вытягивания 4-5 мм/ч, отличающийся тем, что скорость вращения кристалла составляет 15-19 мин-1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к новому соединению класса оптических материалов - ахроматоров на основе неорганических кристаллических соединений, конкретно к сложным кальциевым тетрагерманатам эрбия и иттрия состава ЕrхY2-xCaGe4 O12, где 0.1<х0.3, которые могут быть использованы в фотонике в качестве оптической среды для преобразования монохроматического излучения лазера с длиной волны 975+/-5 нм в полосу от 1483 нм до 1654 нм ( =3500-4200 см-1) с одновременным усилением преобразованного излучения.

Изобретение относится к выращиванию высокотемпературных неорганических монокристаллов и может быть использовано в квантовой электронике и физике элементарных частиц, в частности, для создания детекторов процесса двойного безнейтринного бета-распада.

Изобретение относится к способам получения кристаллов, а именно к способу получения монокристаллов вольфрамата свинца, и может быть использовано при изготовлении сцинтилляционных элементов.

Изобретение относится к способам получения кристаллов, а именно к способу получения монокристаллов вольфрамата свинца, и может быть использовано при изготовлении сцинтилляционных элементов, применяемых в детекторах ионизирующих излучений высоких энергий, работающих в условиях высоких дозовых нагрузок в трактах регистрации, требующих высокого временного разрешения.

Изобретение относится к способам получения кристаллов, а именно к способу получения монокристаллов вольфрамата свинца (далее PWO), и может быть использовано при изготовлении сцинтилляционных элементов, применяемых в детекторах ионизирующих излучений высоких энергий, работающих в условиях высоких дозовых нагрузок в трактах регистрации, требующих высокого временного разрешения.

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке лазеров инфракрасного диапазона. .

Изобретение относится к технике для регистрации и спектрометрии ионизирующих излучений, в частности к сцинтиляционным материалам. .

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано для создания управляемых функциональных устройств. .
Изобретение относится к области получения полупроводниковых материалов, а именно к получению монокристаллов антимонида индия, которые широко используются в различных фотоприемных устройствах, работающих в ИК-области спектра.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллов оксида цинка, являющегося перспективным материалом для светодиодов и фотоэлектрических приборов, который также может быть использован в пироэлектрических элементах, пьезоэлектрических приборах, газовых датчиках и прозрачных электропроводящих пленках.
Изобретение относится к технологии получения объемных кристаллов александрита, которые могут быть использованы в качестве высококачественного сырья для изготовления оптических элементов лазерных систем.

Изобретение относится к технологии высокотемпературной кристаллизации из расплава и может быть использовано для получения крупных монокристаллов оксидов металлов.

Изобретение относится к технике получения монокристаллов полупроводниковых и диэлектрических соединений и их твердых растворов в виде слитка с заданным наперед распределением состава по длине слитка (концентрационно-профилированных слитков) и может найти применение в производстве монокристаллов.
Изобретение относится к способу получения монокристаллов трибората цезия с нелинейно-оптическими свойствами, которые могут быть использованы в лазерной технике при изготовлении преобразователей частоты лазерного излучения.

Изобретение относится к области выращивания из расплава поликристаллических слоев кремния и может найти применение в производстве солнечных элементов (фотопреобразователей).

Изобретение относится к выращиванию высокотемпературных неорганических монокристаллов и может быть использовано в квантовой электронике и физике элементарных частиц, в частности, для создания детекторов процесса двойного безнейтринного бета-распада.
Изобретение относится к области технологии получения монокристаллического кремния методом выращивания из расплава. .

Изобретение относится к технологии получения материала на основе бората для последующего выращивания кристаллов на основе бората цезия или бората цезия-лития, которые могут быть использованы в качестве оптических устройств для преобразования длины волны, в частности генератора лазерного излучения.

Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов германия в форме диска из расплава и может быть использовано для изготовления объективов в устройствах регистрации инфракрасного излучения. Монокристаллы германия выращивают в кристаллографическом направлении [111] после выдержки при температуре плавления в течении 1-2 часов, при температурном градиенте у фронта кристаллизации в пределах (10,0÷18,0) К/см, обеспечивающем плотность дислокации на уровне (2·105-5·105) на см2. Изобретение позволяет получать монокристаллы германия со значительным увеличением площади приема сигнала за счет направленного введения в выращиваемый кристалл заданной концентрации дислокации и их превращения из стандартных дефектов кристалла в активно действующие элементы устройств инфракрасной оптики. 3 ил., 1 табл.
Наверх