Способ получения оксиборатов cu2mn3+ 1-xgaxbo5


Y10S117/917 -
Y10S117/917 -
C01P2006/42 - Неорганическая химия (обработка порошков неорганических соединений для производства керамики C04B 35/00; бродильные или ферментативные способы синтеза элементов или неорганических соединений, кроме диоксида углерода, C12P 3/00; получение соединений металлов из смесей, например из руд, в качестве промежуточных соединений в металлургическом процессе при получении свободных металлов C21B,C22B; производство неметаллических элементов или неорганических соединений электролитическими способами или электрофорезом C25B)

Владельцы патента RU 2646429:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к технологии получения новых магнитных материалов - оксиборатов Cu2Mn3+1-xGaxBO5 (0≤x<1), включающих ионы переходных металлов, которые могут найти применение в химической промышленности, развитии магнитных информационных технологий, создании магнитных датчиков. Способ получения оксиборатов Cu2Mn3+1-xGaxBO5 (0≤x<1) из раствора-расплава включает последовательное сплавление оксидов, взятых в стехиометрическом соотношении, дальнейшую гомогенизацию при нагревании с последующим охлаждением и разращиванием кристаллов при медленном охлаждении, при этом при сплавлении кристаллообразующие оксиды растворяют в расплаве смеси тримолибдата висмута Bi2Mo3O12 и буры Na2B4O7, взятых в молярном соотношении (0,7-1):1 в следующей последовательности: Na2B4O7-Bi2Mo3O12-B2O3-Mn2O3-Ga2O3-CuO, гомогенизацию проводят при температуре 1000-1050°C в течение 2 ч, последующее охлаждение осуществляют со скоростью 100-120°C/час до температуры на 5-7°C ниже границы метастабильности, а медленное охлаждение при разращивании ведут в течение 5-7 суток. Техническим результатом изобретения является получение монокристаллов Cu2Mn3+1-xGaxBO5 (0≤x<1) со спиновым моментом S=2, обладающих более высокими суммарным магнитным моментом и температурой магнитного упорядочения, что расширяет возможности их применения, в том числе и в космической отрасли. 2 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к разработке способа получения новых магнитных материалов - оксиборатов Cu2Mn3+1-xGaxBO5 (0≤x<1), содержащих ионы переходных металлов, которые могут найти применение в химической промышленности, развитии магнитных информационных технологий, создании магнитных датчиков.

Известен способ выращивания из раствора-расплава оксибората Cu2GaBO5 [J. Schaefer, K. Bluhm. Zur Kristallstruktur von Cu2М(ВО3)O2 (M=Fe3+, Ga3+) // Z. anorg. allg. Chem. - 1995. - V. 621. - P. 571-575]. В этом способе исходные материалы Ga2O3 и CuO в молярном соотношении 1:4 смешивали с безводным оксидом В2О3, взятым с избытком относительно стехиометрии, и нагревали полученную смесь на воздухе при температуре 1050°С в плоском платиновом тигле 6 часов, а затем подвергали медленному охлаждению в течение 20 часов. Для удаления избытка оксида бора продукты реакции промывали теплой водой. Полученный таким образом продукт представляет собой зеленые прозрачные кристаллы в виде призм, размером до 0.25×0.1×0.1 мм.

Недостатком этого способа является маленький размер полученных монокристаллов, обусловленный высокой вязкостью использованного растворителя.

Прототипом изобретения является способ выращивания оксибората Cu2GaBO5 из раствора-расплава [Г.А. Петраковский, Л.Н. Безматерных, Д.А. Великанов, A.M. Воротынов, О.А. Баюков, М. Schneider. Магнитные свойства монокристаллов людвигитов Cu2MВО5 (М=Fe3+, Ga3+) // ФТТ. - 2009. - Т. 51 (10). - С. 1958-1964], согласно которому монокристаллы галлобората меди Cu2GaBO5 выращиваются из раствора-расплава, состав которого соответствует квазибинарной записи: 51.5 масс. % (В2О3 + 0.283Li2O) + 48.5 масс. % (CuO+Ga2O3). Раствор-расплав готовили в платиновом тигле последовательным сплавлением при температуре 1000°С следующих реагентов: В2О3 - 52.1 г; Li2СО3 - 13.8 г (Li2O - 5.6 г); CuO - 28.2 г; Ga2O3 - 14.1 г. Для полного растворения и гомогенизации раствор-расплав выдерживали при температуре 980°С в течение 24 часов. После этого в приготовленную зону раствора-расплава вводили кристаллодержатель и раствор-расплав охлаждали со скоростью 100°С/час до температуры на 1-3°С ниже границы метастабильности. Спонтанно зарождающиеся кристаллы разращивали при плавном снижении температуры со скоростью 1-3°С/сут. За трое суток на кристаллодержателе выросли прозрачные зеленые кристаллы Cu2GaBO5 в форме призм размером до 2×2×15 мм. Полученное соединение испытывает магнитный фазовый переход при температуре Т=3.4 K, с магнитным моментом 5 emu/g в магнитном поле 60 кЭ при температуре Т=1.8 K.

К недостаткам данного способа относятся низкая температура магнитного упорядочения и небольшой магнитный момент, обусловленные присутствием только одного сорта магнитных ионов Cu2+, которые обладают низким спиновым моментом S=1/2. Данные недостатки существенно ограничивают возможности применения оксибората Cu2GaBO5 в качестве магнитного материала, в том числе для применения в космической отрасли в условиях низких температур.

Техническим результатом изобретения является разработка способа получения монокристаллов магнитных материалов - оксиборатов Cu2Mn3+1-xGaxBO5 (0≤x<1), содержащих ионы марганца Mn3+ со спиновым моментом S=2, обладающих большим суммарным магнитным моментом и более высокой температурой магнитного упорядочения.

Технический результат достигается тем, что в способе получения оксиборатов Cu2Mn3+1-xGaxBO5 (0≤x<1) из раствора-расплава, включающем последовательное сплавление оксидов, взятых в стехиометрическом соотношении, дальнейшую гомогенизацию при нагревании с последующим охлаждением и разращиванием кристаллов при медленном охлаждении, новым является то, что при сплавлении кристаллообразующие оксиды растворяют в расплаве смеси тримолибдата висмута Bi2Mo3O12 и буры Na2B4O7, взятых в молярном соотношении (0,7-1):1 в следующей последовательности: Na2B4O7-Bi2Mo3O12-B2O3-Mn2O3-Ga2O3-CuO, гомогенизацию проводят при температуре 1000-1050°C в течение 2 ч, последующее охлаждение осуществляют со скоростью 100-120°C/час до температуры на 5-7°C ниже границы метастабильности, а медленное охлаждение при разращивании ведут в течение 5-7 суток.

Отличие заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключается в том, что при сплавлении кристаллообразующие оксиды растворяют в расплаве смеси тримолибдата висмута Bi2Mo3O12 и буры Na2B4O7, взятых в молярном соотношении (0,7-1):1 в следующей последовательности: Na2B4O7-Bi2Mo3O12-B2O3-Mn2O3-Ga2O3-CuO, гомогенизацию проводят при температуре 1000-1050°C в течение 2 ч, последующее охлаждение осуществляют со скоростью 100-120°C/час до температуры на 5-7°C ниже границы метастабильности, а медленное охлаждение при разращивании ведут в течение 5-7 суток.

Таким образом, перечисленные выше отличительные от прототипа признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

Массовая концентрация кристаллообразующих окислов (n% масс.)

(100-n)% масс. (Bi2Mo3O12+(0,7-1)Na2B4O7)+

n% масс. (2CuO+(1-x)/2Mn2O3+x/2Ga2O3+0.5B2O3)

выбирается таким образом, чтобы температура насыщения не превышала 940÷960°C, при этом на стадии растворения и гомогенизации можно ограничиться температурой 1000-1050°C, что исключает неконтролируемые изменения состава раствора-расплава из-за селективного испарения компонентов.

Сплавление осуществляется в последовательности Na2B4O7-Bi2Mo3O12-B2O3-Mn2O3-Ga2O3-CuO.

После завершения стадии гомогенизации в раствор-расплав погружается кристаллодержатель, и температура понижается со скоростью 100÷120°C/час до температуры на 5-7 градусов ниже температуры насыщения, ниже границы метастабильности и далее по программе со скоростями 2-4°C/сут. Через 5-7 суток кристаллодержатель поднимается над раствором-расплавом, и выросшие на нем монокристаллы охлаждаются со скоростью 80-100°C/час. От остатков раствора-расплава выросшие монокристаллы освобождаются травлением в 20% водном растворе азотной кислоты при комнатной температуре.

Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не выявлены при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Пример 1: Шихту массой 98.72 г (Bi2Mo3O12 - 51.66% масс., Na2B4O7 - 8.1% масс., CuO - 23.3% масс., Mn2O3 - 6.35% масс., Ga2O3 - 5.49% масс., B2O3 - 5.1% масс.) сплавляли в последовательности Na2B4O7-Bi2Mo3O12-B2O3-Mn2O3-Ga2O3-CuO в платиновом тигле объемом 275 см3 (стакан конусный платина Pt 99,9 100-11 ГОСТ 6563-75, D=45 мм; d=25 мм; Н=70 мм) при температуре 1000°C. Концентрация кристаллообразующих окислов в растворе-расплаве n=40.2%, температура насыщения раствора-расплава Тнас.=940°C.

В течение 2 часов тигель выдерживали при температуре 1000°C для гомогенизации раствора-расплава. После завершения стадии гомогенизации в раствор-расплав погружался кристаллодержатель, температура понижалась со скоростью 120°C/час до 935°C и далее по программе со скоростью 2°C/сут. Через 6 суток кристаллодержатель поднимался над раствором-расплавом, и выросшие на нем монокристаллы охлаждались со скоростью 100°C/час. От остатков раствора-расплава выросшие монокристаллы освобождались травлением в 20% водном растворе азотной кислоты при комнатной температуре.

Полученные образцы монокристаллов Cu2Mn0.55Ga0.45BO5 размером от 5×1×1 до 16×2×1.5 мм. Образцы однородны по составу и обладают структурой людвигита, пространственная группа P121/c. Температура магнитного упорядочения TN=11 K, магнитный момент в магнитном поле 60 кЭ составил 9,1 emu/g (Т=4,2 K, Н||с).

Пример 2: Шихту массой 90.46 г (Bi2Mo3O12 - 56.38% масс., Na2B4O7 - 8.84% масс., CuO - 19.95% масс., Mn2O3 - 6.93% масс., Ga2O3 - 3.53% масс., B2O3 - 4.37% масс.) сплавляли в последовательности Na2B4O7-Bi2Mo3O12-B2O3-Mn2O3-Ga2O3-CuO в платиновом тигле объемом 275 см3 (стакан конусный платина Pt 99,9 100-11 ГОСТ 6563-75, D=45 мм; d=25 мм; Н=70 мм) при температуре 1000°C. Концентрация кристаллообразующих окислов в растворе-расплаве n=34.8%, температура насыщения раствора-расплава Тнас.=905°C.

В течение 2 часов тигель выдерживали при температуре 1000°C для гомогенизации раствора-расплава. После завершения стадии гомогенизации в раствор-расплав погружался кристаллодержатель, температура понижалась со скоростью 120°C/час до Т=900°C и далее по программе со скоростью 2°C/сут. Через 5 суток кристаллодержатель поднимался над раствором-расплавом, и выросшие на нем монокристаллы охлаждались со скоростью 100°C/час. От остатков раствора-расплава выросшие монокристаллы освобождались травлением в 20% водном растворе азотной кислоты при комнатной температуре.

Полученные образцы монокристаллов Cu2Mn0.7Ga0.3BO5 размером от 5×1×1 до 15×2×1.8 мм. Образцы однородны по составу и обладают структурой людвигита, пространственная группа P121/c. Температура магнитного упорядочения TN=8 K, магнитный момент в магнитном поле 60 кЭ составил 7 emu/g (Т=4,2 K, Н||с).

Пример 3: Шихту массой 86.37 г (Bi2Mo3O12 - 59% масс., Na2B4O7 - 9.3% масс., CuO - 18.28% масс., Mn2O3 - 7.27% масс., Ga2O3 - 2.15% масс., B2O3 - 4% масс.) сплавляли в последовательности Na2B4O7-Bi2Mo3O12-B2O3-Mn2O3-Ga2O3-CuO в платиновом тигле объемом 275 см3 (стакан конусный платина Pt 99,9 100-11 ГОСТ6563-75, D=45 мм; d=25 мм; Н=70 мм) при температуре 1000°C. Концентрация кристаллообразующих окислов в растворе-расплаве n=31.7%, температура насыщения раствора-расплава Тнас.=888°C.

В течение 2 часов тигель выдерживали при температуре 1000°C для гомогенизации раствора-расплава. После завершения стадии гомогенизации в раствор-расплав погружался кристаллодержатель, температура понижалась со скоростью 120°C/час до Т=883°C и далее по программе со скоростью 2°C/сут. Через 5 суток кристаллодержатель поднимался над раствором-расплавом, и выросшие на нем монокристаллы охлаждались со скоростью 100°C/час. От остатков раствора-расплава выросшие монокристаллы освобождались травлением в 20% водном растворе азотной кислоты при комнатной температуре.

Полученные образцы монокристаллов Cu2Mn0.8Ga0.2BO5 размером от 5×1×1 до 10×2×1.5 мм. Образцы однородны по составу и обладают структурой людвигита, пространственная группа P121/c. Температура магнитного упорядочения TN=16 K, магнитный момент в магнитном поле 60 кЭ составил 9,6 emu/g (Т=4,2 K, Н||с).

Полученные монокристаллы характеризуются температурными зависимостями намагниченности, полученными при охлаждении образца в магнитном поле H=1 kOe, при Н||с (фиг. 1) и при H⊥c (фиг. 2), отражающими увеличение магнитного момента и увеличение температуры магнитного упорядочения при увеличении содержания марганца в образце.

Способ получения оксиборатов Cu2Mn3+1-xGaxBO5 (0≤x<1) позволяет получать магнитные материалы с большей температурой магнитного упорядочения и большим магнитным моментом в отличие от прототипа, что расширяет возможности их применения в качестве магнитных материалов, в том числе и в космической отрасли. Предложенный способ расширяет возможности синтеза магнитных материалов, включающих ионы переходных металлов.

Способ получения оксиборатов Cu2Mn3+1-xGaxBO5 (0≤x<1) из раствора-расплава, включающий последовательное сплавление оксидов, взятых в стехиометрическом соотношении, дальнейшую гомогенизацию при нагревании с последующим охлаждением и разращиванием кристаллов при медленном охлаждении, отличающийся тем, что при сплавлении кристаллообразующие оксиды растворяют в расплаве смеси тримолибдата висмута Bi2Mo3O12 и буры Na2B4O7, взятых в молярном соотношении (0,7-1):1 в следующей последовательности: Na2B4O7-Bi2Mo3O12-B2O3-Mn2O3-Ga2O3-CuO, гомогенизацию проводят при температуре 1000-1050°C в течение 2 ч, последующее охлаждение осуществляют со скоростью 100-120°C/час до температуры на 5-7°C ниже границы метастабильности, а медленное охлаждение при разращивании ведут в течение 5-7 суток.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии получения кристаллического материала, являющегося твердым раствором общей формулы Ва4-xSr3+x(ВО3)4-yF2+3y, где 0≤x≤1 и 0≤y≤0,5, пригодного для регистрации рентгеновского излучения.

Изобретение относится к области получения монокристаллических пленок на подложках для магнитных, оптических, магнитооптических и резонансных исследований. Шихту наплавляют в платиновый тигель, компоненты берут в соотношении, мас.%: Fe2O3 - 5,37, В2О3 - 51,23, PbO - 29,31, PbF2 - 13,73.

Изобретение относится к материалам для поляризационных оптических устройств, которые могут быть использованы для получения линейно-поляризованного света в оптико-электронных приборах: поляриметрах, эллипсометрах, дихрометрах, фотоэлектрических автоколлиматорах, модуляторах световых потоков, устройств индикации, отображения и хранения информации, элементов памяти.

Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов метафторидобората бария-натрия Ba2Na3(В3О6)2F для использования в терагерцовой области спектра в диапазоне от 0,3 ТГц до 1 ТГц в качестве волновых пластин, поляризаторов, а также в воздушной терагерцовой фотонике.
Изобретение относится к области химической технологии выращивания кристаллов натрий-висмутового молибдата NaBi(MoO4)2 для исследования физических свойств и практического использования.
Изобретение относится к области химической технологии и касается получения кристаллов рубидий-висмутового молибдата RbBi(MoO4)2. Кристаллы RbBi(MoO4)2 выращивают из высокотемпературного раствора в расплаве из шихты, содержащей растворитель димолибдатат рубидия и тройной литий-рубидий-висмутовый молибдат LiRbBi2(MoO4)4, при соотношении последнего к димолибдату рубидия, равном 10-40: 90-60 мол.

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к выращиванию кристаллов калий-бариевого молибдата K2Ва(МоО4)2 из раствора-расплава K2Ва(МоО4)2 для исследования физических свойств и практического использования.

Изобретение относится к неорганической химии. Способ синтеза тетрагональных теллуридов железа и теллуридов железа, легированных селеном и/или серой, включает размещение в одном конце герметичной ампулы шихты из теллура, селена, серы и железа, заполнение ее смесью эвтектического состава из различных комбинаций хлоридов натрия, калия, рубидия и цезия, нагрев ампулы с градиентом температур от величины 600-790°С со стороны размещения шихты до температуры, уменьшенной на 30-100°С с противоположной стороны, в течение времени, обеспечивающего перенос шихты в противоположный конец ампулы.
Изобретение относится к области химической технологии и касается получения объемных кристаллов состава Li8Bi2(MoO4)7. Кристаллы выращивают из раствора-расплава литий-висмутового молибдата в растворителе путем кристаллизации при постепенном охлаждении расплава и выращенных кристаллов, при этом в качестве растворителя используют эвтектическую смесь, содержащую 47 мол.

Изобретение относится к выращиванию крупных кристаллов, предназначенных для использования в приборах квантовой электроники. Способ выращивания кристалла методом Киропулоса из расплава или из раствор-расплава включает рост кристалла на затравку, зафиксированную в кристаллодержателе и расположенную сверху в центральной точке поверхности расплава, разращивание кристалла в ростовом тигле при медленном снижении температуры и охлаждение выросшего кристалла, при этом по окончании ростового цикла оставшийся в тигле расплав или раствор-расплав сливают через нагретую с помощью дополнительного нагревателя трубку, расположенную в донной части тигля, а выросший кристалл, сохраняющий свое положение после окончания ростового цикла, охлаждают в тигле, освобожденном от расплава.

Изобретение относится к технологии получения кристаллического материала, являющегося твердым раствором общей формулы Ва4-xSr3+x(ВО3)4-yF2+3y, где 0≤x≤1 и 0≤y≤0,5, пригодного для регистрации рентгеновского излучения.

Изобретение относится к области получения монокристаллических пленок на подложках для магнитных, оптических, магнитооптических и резонансных исследований. Шихту наплавляют в платиновый тигель, компоненты берут в соотношении, мас.%: Fe2O3 - 5,37, В2О3 - 51,23, PbO - 29,31, PbF2 - 13,73.

Изобретение относится к материалам для поляризационных оптических устройств, которые могут быть использованы для получения линейно-поляризованного света в оптико-электронных приборах: поляриметрах, эллипсометрах, дихрометрах, фотоэлектрических автоколлиматорах, модуляторах световых потоков, устройств индикации, отображения и хранения информации, элементов памяти.

Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов метафторидобората бария-натрия Ba2Na3(В3О6)2F для использования в терагерцовой области спектра в диапазоне от 0,3 ТГц до 1 ТГц в качестве волновых пластин, поляризаторов, а также в воздушной терагерцовой фотонике.
Изобретение относится к области химической технологии выращивания кристаллов натрий-висмутового молибдата NaBi(MoO4)2 для исследования физических свойств и практического использования.
Изобретение относится к области химической технологии и касается получения кристаллов рубидий-висмутового молибдата RbBi(MoO4)2. Кристаллы RbBi(MoO4)2 выращивают из высокотемпературного раствора в расплаве из шихты, содержащей растворитель димолибдатат рубидия и тройной литий-рубидий-висмутовый молибдат LiRbBi2(MoO4)4, при соотношении последнего к димолибдату рубидия, равном 10-40: 90-60 мол.

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к выращиванию кристаллов калий-бариевого молибдата K2Ва(МоО4)2 из раствора-расплава K2Ва(МоО4)2 для исследования физических свойств и практического использования.
Изобретение относится к области химической технологии и касается получения объемных кристаллов состава Li8Bi2(MoO4)7. Кристаллы выращивают из раствора-расплава литий-висмутового молибдата в растворителе путем кристаллизации при постепенном охлаждении расплава и выращенных кристаллов, при этом в качестве растворителя используют эвтектическую смесь, содержащую 47 мол.

Изобретение относится к технологии выращивания кристаллов литий-магниевого молибдата Li2Mg2(MoO 4)3. .

Изобретение относится к химической технологии получения оксикарбида молибдена и может быть использовано в углекислотной конверсии природного газа в качестве катализатора.

Изобретение относится к технологии получения новых магнитных материалов - оксиборатов Cu2Mn3+1-xGaxBO5, включающих ионы переходных металлов, которые могут найти применение в химической промышленности, развитии магнитных информационных технологий, создании магнитных датчиков. Способ получения оксиборатов Cu2Mn3+1-xGaxBO5 из раствора-расплава включает последовательное сплавление оксидов, взятых в стехиометрическом соотношении, дальнейшую гомогенизацию при нагревании с последующим охлаждением и разращиванием кристаллов при медленном охлаждении, при этом при сплавлении кристаллообразующие оксиды растворяют в расплаве смеси тримолибдата висмута Bi2Mo3O12 и буры Na2B4O7, взятых в молярном соотношении :1 в следующей последовательности: Na2B4O7-Bi2Mo3O12-B2O3-Mn2O3-Ga2O3-CuO, гомогенизацию проводят при температуре 1000-1050°C в течение 2 ч, последующее охлаждение осуществляют со скоростью 100-120°Cчас до температуры на 5-7°C ниже границы метастабильности, а медленное охлаждение при разращивании ведут в течение 5-7 суток. Техническим результатом изобретения является получение монокристаллов Cu2Mn3+1-xGaxBO5 со спиновым моментом S2, обладающих более высокими суммарным магнитным моментом и температурой магнитного упорядочения, что расширяет возможности их применения, в том числе и в космической отрасли. 2 ил., 3 пр.

Наверх