DE1619979A1 - Braking of single crystals under hydrothermal conditions - Google Patents
Braking of single crystals under hydrothermal conditionsInfo
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Description
ERICH E WÄLTHERERICH E WÄLTHER
Patentanwalt"
Anmelder: M.V. PHiLiPS'AEFPatent attorney "
Applicant: MV PHiLiPS'AEF
- Äite: PHH- .2161.- Äite: PHH- .2161.
19671967
"Züchtung von Einkristallen unter hydrothermalen Bedingungen.""Growing single crystals under hydrothermal conditions."
Die Erfindung betrifft die Züchtung' von Einkristallen aus Chalkogeniden unter hydrotherraalen Bedingungen.The invention relates to the cultivation of single crystals from chalcogenides under hydrotherral conditions.
Ee sind bereits einige Beispiele eines solchen Texfahrens beschrieben worden. Manhat ζ*B. Einkristalle aus Chalkocite (Cu2S) hergestellt durch Behandeln von CUgS mit wässrigen ffatgSgÖ-während vier Stunden bei 500*C in einer QuarzampulIe. Man erhielt 3ehr kleine Kristalle (O,O5*«Ji, ^A few examples of such a text procedure have already been described. It has ζ * B. Chalkocite single crystals of (Cu 2 S) were prepared by treating with aqueous CUGs ffatgSgÖ-four hours at 500 * C in a QuarzampulIe. This gave 3ehr small crystals (O, O5 * "Ji ^
Man hat auch Versuche beschrieben zur Züchtung von u.a. Zinksulfid - Einkristallen, wobei IftgS und ITa2S2O, - lösungen al« Lösungsaittel benutzt wurden. Man erhielt nur kleine frift«ll« und es wurde geschloeeen, dass die Lötlichkeit der.Sulf.iititt g*ti9$ sei» weswegen kein Transport stattfand und keine groaten Kristall· gezüchtet werden konnten. , It has also described attempts for the production of zinc sulfide, among others - single crystals, with IftgS and ITa 2 S 2 O, - solutions al "Lösungsaittel used. This gave only small Frift "ll" and it was geschloeeen that Lötlichkeit der.Sulf.iititt g * ti9 $ is "why no transport took place and no groaten Crystal · could be grown. ,
Zur Erhöhung der Löslichkeit der Sulfid« hat lan &U An* wendung iron konsentriertenalkalisohen lösungen *ori*aohlaf«n. Bsi der Benutzung derartigsr Lotungen *!$#■! wrnii auf M»teriälfrobleiM To increase the solubility of the sulfide , lan & U application iron has concentrated alkaline solutions * ori * aohlaf «n. Bsi using such soundings *! $ # ■! wrnii on material problem
dtr Rsakiionseefa'88«. 009813/U74 BAD dtr Rsakiionseefa'88 «. 009813 / U74 BAD
ORIGINALORIGINAL
FHH.FHH.
Es ist nun ein Verfahren zur Züchtung von Einkristallen verschiedener Chalkogenide gefunden worden, bei dem die genannten Probleme nicht auftreten» Dieses Verfahren stützt sich auf die Verwendung von wässrigen Halogenwasserstoff-Lösungen. <A process has now been found for growing single crystals of various chalcogenides in which the problems mentioned do not arise. This process is based on the use of aqueous hydrogen halide solutions. <
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Züchtung von Einkristallen aus Metallchalkogeniden, und insbesondere von bei Raumtemperatur in verdünnten Säuren schwerlöslichen Metallsulfiden, auB einer wässrigen lösung derselben unter hydrothermalen Bedingungen, und ist dadurch gekennzeichnet, dass al3 Lösungsmittel eine wässrige'Lösung eines Halofenwasserstoffes verwendet wird.The invention therefore relates, and in particular, to a method for growing single crystals from metal chalcogenides of metal sulfides, which are sparingly soluble in dilute acids at room temperature, on an aqueous solution of the same under hydrothermal conditions, and is characterized in that al3 Solvent an aqueous solution of a hydrogen halide is used.
Als Halogenwasserstoff wird vorzugsweise Bromwasserstoff oder Chlorwasserstoff benutzt. Die Konzentration der Säure kann stark verschieden sein, bevorzugt wird die Verwendung von 2H hie 12H Lösungen. Die Reaktionstemperatur wählt man vorzugsweise zwischen 300 und 50C0C.The hydrogen halide used is preferably hydrogen bromide or hydrogen chloride. The concentration of the acid can vary widely, the use of 2H or 12H solutions is preferred. The reaction temperature is preferably chosen between 300 and 50C 0 C.
Ein besonders wichtiger Vorteil des erfindungsgemässen Verfahreria ist auch, dass man dabei Reaktionsgefässe aus ^uarz benutzen kann, da im Gegensatz zur Verwendung alkalischer Lösungen <4uarz auch bei den verhältnismässig hohen Versuchstemperaturen durch die sauren Lösungen praktisch nicht angegriffen wird. Man kann da« erfindungsgenieeeVerfahren auch durchführen in eine» alt einem bei höheren Temperaturen halogensäurebeständigen Metall bekleideten Autoklaven. EiO solches Metall Ht *.B. eine Legierung aus 25% Iridiu» und 75^ Platin.A particularly important advantage of the process according to the invention is also that reaction vessels are made from ^ uarz can use as in contrast to using alkaline Solutions <4uarz practically not attacked by the acidic solutions, even at the relatively high test temperatures will. One can also carry out "inventive methods in an" old autoclave clad in metal which is resistant to halogen acids at higher temperatures. EiO such metal Ht * .B. an alloy of 25% iridium and 75% platinum.
Das erfindungsgemäsae Verfahren wird erläutert an Hand der folgenden Beispiele.The method according to the invention is explained at Hand the following examples.
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mir. Wandstärke "«and 1.20 ram Lange -'fcäsi -zur ÄijBShaalssteH© ""(siehe Zeichnung) wurde suhäehst 6»*-5-.osi^ 4SfHgS-HBr («?§.»" 61} eingefüllt und : durch Eintauchen der Ämpull« in riüssige Xiuft «ingefrorenv Dann wurden 18-,2 g^ gepulvertes CuS eingeföllty die Ampulle evakuiert und abgese}".'~clÄen. Uanach wurde die Säure achnell wieder aufgetaut, indem die ftmi.uli*- mit '.-,arisen Wasser üb°rapult, wurde. Die Ampulle*wurde in. den Autoklaven eingesetzt und dessen freies Volumen mit Was se^r' b:e-.9 ti mist» '{i6.r-7 ml). Nach Entfernen dieses^ Wassers wurden 12,1 g CO2-■-.... in Farn einer Trockeneis - Stange ein>iebracht und der AutokLav schnell ver.«;hraubt. Die i-enannte .CO^-Men^e. ergibt bei 450*C einen.Druck von etwa 2400; atm (-gyg.- Kennedy^ AiuJ.Science. 252.^ 225.,19^3. ·:"■me. Wall thickness "« and 1.20 ram Lange -'fcäsi -zur ÄijBShaalssteH © "" (see drawing), 6 »* - 5-.osi ^ 4SfHgS-HBr («? §. »" 61} was filled in and: by immersing the Ämpull Then 18.2 g of powdered CuS were poured into the ampoule and evacuated water üb ° rapult was the ampoule * was used in the autoclave and the free volume What se ^ r.. 'b: e-.9 ti crap''{r i6 -7 ml) After removing this ^ water.. 12.1 g of CO 2 - ■ -.... were brought into the fern of a dry ice pole and the autoclave was quickly screwed a.pressure of about 2400; atm (-gyg.- Kennedy ^ AiuJ.Science. 252. ^ 225., 19 ^ 3. ·: "■
©er- Autoklav wurde dann in: einem Ofen mit=. zw,ei. Temperatu-i« fen auffTPh^izt.- i?r lag dor^' nichtvwaagereeht, sondern, um 'etwa \ξ° . r zur Waagprechten geneigt, die Seite mit.dem,.Schraubyer5chlus&. nach, · r< be π. Nifcc-h,- Err e ί A--en de r.. Versuph,a %m nre ra-tu. r; von ca.. 4 50 °:C ( ge me s κβ η im Versc'*,4uB&k-egeI} und .45-0-'C .am. JiodeE» ,wurden; diese» Temperaturen zunStet etwa 1 5i Standen; aufrechterhaltenrsl*i;;dij&sjer,.; Zeit sollte .die,; Spitze der Acigulle durch' Abtransporitiern ^er.eini^t,>errien>. Dann τ/urde di,e.-.., Tempera-turverteilung· so geändert, dass ajn; Soden; des-AutO-kl¥. eine mittlere Temperatur= von 44If;C herr8chtf.#, am· yerachlusskegel v453°C,· ■ und während, β "JTa-^eη gehalten». Die^ Temperätureri der Jieiden.leesestel· len pendelten.· auf Grund einher. ent3preciien;de,n. Schaltung.,gegenlaufig . · um die Rnicegebenen Kittelwerte, mit einer Amplitiide. von etwa.. 9*C und halbstündigem Wechsel. CTempexaturwechselverfahren, nach,Scholz und Kluekow, Chem.InÄ.Tech. H, 1175 U9ß5 ■}. Mf Sphräee te llung- des, AutA-klaven fördert*= Vi^i dieser Temperatnrverteilung die Konvektion und damit den Material transport in der ArcjmlleThe autoclave was then in: an oven with =. two. Temperatu-i "fen auffTPh ^ izt.- i? R lay there ^ 'not horizontally, but around' about \ ξ °. r inclined to the horizontal, the side with .the, .Schraubyer5chlus &. after, · r <be π. Nifcc-h, - Err e ί A - en de r .. Versuph, a % m nre ra-tu. r; from approx. 4 50 °: C ( ge me s κβ η im Versc '*, 4uB & k-egeI} and .45-0-'C .am. JiodeE », these» temperatures were initially about 15i; maintainedrsl * i;; dij & Sjer ,.;. .the time should ,; top of Acigulle by 'Abtransporitiern ^ er.eini ^ t>errien> Then τ /, urde di e .- .., tempera turverteilung · changed to that ajn; Soden; yen des-AutO-kl & a mean temperature = from 44If;.. C herr8chtf #, on · yerachlusskegel v453 ° C · ■ and during, β "JTA ^ eη held" the ^ Temperätureri the Jieiden.. leesestelle oscillated. · due to accompanying. correspond. Chem.InÄ.Tech. H, 1175 U9ß5 ■}. Mf Sphräee te llung- des, AutA-klaven promotes * = Vi ^ i of this temperature distribution the convection and thus the material transport in the Arcjmlle
PHH. 2161PHH. 2161
Zur Beendigung des Versuches wurde der Ofen abgeschaltet und nach Abkühlen auf Zimmertemperatur (ca. 24 Stunden) der Autoklav geöffnet. Der Ampulleninhalt wurde in flüssiger Luft eingefroren und die Ampulle zerstört. Past der gesamte ursprüngliche Bodenkörper (CuS) befand sich in Form von bis zu 10x6x0,7 mm grossen Plättchen im oberen Teil der Ampulle und konnte durch Waseh&n mit Wasser und Extraktion mit Pyridin (zur Entfernung von Schwefel und CuBr) isoliert werden.The furnace was switched off to end the experiment and after cooling to room temperature (approx. 24 hours) the autoclave is opened. The vial contents were frozen in liquid air and the ampoule destroyed. Past the entire original soil body (CuS) was in the form of small plates up to 10x6x0.7 mm in the upper part of the ampoule and could by washing with water and Extraction with pyridine (to remove sulfur and CuBr) isolated will.
2. Züchtung von rotem hexagonalem HgS.2. Breeding of red hexagonal HgS.
Bei einem ähnlichen Versuch zur Züchtung von rotem HgS (Umwandlungspünkt HgS (rot) in HgS (schwarz) ist ca. 34Ö*C) betrug day Volumen der Quarzenpulle 13»9 ml, die Füllung an 2N HCl 6,84 ml (entspricht 56$ dee freien Volumens) und die an HgS 17tOg. Die Füllung wurde in gleicher Weise wie oben beschrieben vorgenommen. Das freie Volumen des Autoklaven betrug 17»2.ml, die Menge an CO2 12,4 g. (entspricht etwa 1200 atm bei 32ÖCC). Bei der Temperaturbehandlung im schräggeetellten Autoklaven während acht Tagen bei den (konstanten, nicht gependelten) Temperaturen von 33O°C (Boden) bzw. 31^0C (Verechlueskegel) bildeten sich im ganzen Rohr, bevorzugt oben, Kristalle d3s hexagonalen (roten) HgS bis etwa 4ic4xt,5 mm Grosse. ·In a similar experiment to cultivate red HgS (conversion point HgS (red) to HgS (black) is approx. 340 ° C) the day volume of the quartz vial was 13.9 ml, the filling of 2N HCl 6.84 ml (corresponds to $ 56 dee free volume) and the at HgS 17tOg. The filling was carried out in the same way as described above. The free volume of the autoclave was 17 »2.ml, the amount of CO 2 was 12.4 g. (corresponds to about 1200 atm at 32Ö C C). During the temperature treatment in the inclined autoclave for eight days at the (constant, non-oscillating) temperatures of 330 ° C (bottom) and 31 ^ 0 C (Verechlues cone), crystals d3s hexagonal (red) HgS formed in the whole tube, preferably at the top up to about 4ic4xt, 5 mm in size. ·
3. Züchtung von Sb.,3» und SbSBr.3. Breeding of Sb., 3 »and SbSBr.
Ein VerBuch zur Züchtung von Sb2S, Kristallen (Graueptessglan») lief in einer Ampulle von 12,0 «1 Inhalt und einer Füllung von 6,38 ml 48?k-iger HBr (ca.'.6V) und 10,0 g Sb^S- * 2,15 el ab. Das freie Volumen*dee Autoklaven betrug 21,O ml, die Menge *n CO2 15*3 g (entepricht etwa 2400 atm bei i^O'C). »ach einer Behandlung während Bioben Tagen bei 45O*C (Boden) bzw. 450*C (Veröchluaskefel) und Ab-A test for the cultivation of Sb 2 S, crystals (Graueptessglan ») ran in an ampoule with a content of 12.0« 1 and a filling of 6.38 ml of 48? K HBr (approx. 6V) and 10.0 g Sb ^ S- * 2.15 el from. The free volume * of the autoclave was 21.0 ml, the amount * n CO 2 was 15 * 3 g (corresponds to about 2400 atm at i ^ O'C). »After a treatment during Bioben days at 45O * C (soil) or 450 * C (Veröchluaskefel) and
0 0:9 8 1 3 / A 4 7 4 BAD oriqjnal0 0: 9 8 1 3 / A 4 7 4 BAD oriqjnal
PHK. 2161PHK. 2161
kühlen auf Zimmertemperaturvährend ca. 24 Stunden befanden eich grosse Kristalle von Sb2S, (bis 10 mm lange Nadeln) und kompaktes Material in der Spitze der Ampulle, und in den übrigen Teilen der Ampulle Nadeln von SbSBr (bis 6 nm lange Nadeln von 0,2 - 0,4 an DurchmesserJ.cool to room temperature for about 24 hours there were large crystals of Sb 2 S (up to 10 mm long needles) and compact material in the tip of the ampoule, and in the remaining parts of the ampoule needles of SbSBr (up to 6 nm long needles of 0 , 2 - 0.4 in diameterJ.
Auf ähnliche W^iae wurden auch von anderen Metallchalkogeniden Kristalle gezüchtet»In der Tabelle sind die wichtigsten Daten zusammengefasst.Similar results have also been found for other metal chalcogenides Crystals grown »In the table are the most important Data summarized.
hingewiesen9 dass Jopointed out9 that Jo
iQis ?e?Buelisb«dSn·iQis? e? Buelisb «dSn ·
fern©? gmfar ©? gm
•Jeus S^eQQO• Jeus S ^ eQQO
li&tu«alle örsi©loi» li & tu «alle örsi © loi»
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BAD ORIQtfiAL-BAD ORIQtfiAL-
PHH. 216tPHH. 216t
Sie Kristalle zeigen wegen der niedrigen Xüchtungstemperatur einen hohen Ordnungsgrad. Daher eignen sie sich, wie CdS z.B. für piezoelektrische Messgeräte wie den akustischen Verstarker. SbSBr ist als Ferroelektrikum und gleichzeitiger Photοleiter ausgezeichneter Empfindlichkeit interessant.They show crystals because of the low growth temperature a high degree of order. Therefore, like CdS, they are suitable e.g. for piezoelectric measuring devices such as the acoustic amplifier. SbSBr is a ferroelectric and a photo conductor at the same time excellent sensitivity interesting.
Sie Möglichkeit, beim erfindungsgetsässen Verfahren als Versuchsgefäss eine Quarzanpulle zu verwenden» hat zu einer sehr einfachen Ausführungefora des Verfahrens geführt. Dabei wird eine abgeschmolzene, das Reaktionageoiach enthaltende, 4uarzampulle in einen Autoklaven eingebracht. Der Autokiair kamt -dann einfach geschlossen werden. You have the option of using the method as invented Experimental vessel using a quartz vial »has become a very simple execution form of the procedure. Here, a melted-off 4 uarzampulle containing the reaction gel is in placed in an autoclave. The autokiair came - then just closed.
Bei der Ausführung des Versuch® wird auf eine Temperatur bis 500*0 erhitzt* Dabei entsteht in der Si« wässerige Losung ent- -adan Ampulle ein Druck von einigen furniert Atmosphären. Darum meß-ia-Autoklaven einen Gegendruck aufrechterhalten, der den der Quwzaapulle übersteigt« tut so die Ampulle Tor dem au bewahren» Bekannt sind Terfehreia, bei denen man den Segeniruck durch Wasser erzeugt* Bebet steht gewöhnlich der Innanraus de« Autoklaven über ein MmpillKreystes mit eines Konpreanor in Verbindung. Bei dieses Verfahren treten vielfach Korrobasondere in der Dichtung» auf.When carrying out the experiment, the temperature is up to 500 * 0 *. A pressure of a few veneered atmospheres is created in the aqueous solution of the ampulla. That is why meß-ia autoclaves maintain a counterpressure that exceeds that of the Quwzaapulle «do so the ampoule keep it safe» Terfehreia are known where the blessing jerk is generated by water * Bebet is usually the inside of the «autoclave via a MmpillKreystes a Konpreanor in connection. In this process, corrobasics appear in the seal ».
sich gezeigt, dass der benötigt· Brück- is Innen· ~ Ä#o 4i»*®te2s*wß eehr einfach durch CO2 su ermeugen ist. Dabei ein g®e,ipi'3t g'aforste· Stück feste· IohJ«r.äioxid (Trockeneis) in, den /iiitokla/®η gebracht8 neehde.i ät& ^isf^aifftille eingebracht ' fe&as atm etafefIi" w^a-'S?.,.-*»** wwräfess» eineit has been shown that the required · bridge is inside · ~ Ä # o 4i »* ®te2s * w e can be remedied very easily by CO 2 . Here, a g®e, ipi'3t g'aforste · · piece solid IohJ "r.äioxid (dry ice) in the / iiitokla / ®η brought 8 neehde.i ät ^ & ^ isf aifftille introduced 'as Fe atm etafefIi" w ^ a-'S?., .- * »** wwräfess» a
^ uf.t ümw A«S8s*tiw«it erüV2|fi «leis«. Auf einfach· 9eift· i«t $\ fracktra*i* *te"%«r«el«»» um su cyyeichen,^ uf.t ümw A «S8s * tiw« it erüV2 | fi «leis«. Simply · 9 e ift · i «t $ \ fracktr a * i * * te"% «r« el «» » um su cyyeichen,
;l# 1 4 f 4 *». BAD ORJQlNAL; l # 1 4 f 4 * ». BAD ORJQlNAL
. -.. -. PHH, 2161PHH, 2161
dass bei allen während der VereüchsdiifchfShrtth« dufchlaufenenthat everyone was walking around during the meeting
TemFeraturen der Auasendruck den Innendruck in der AmpulleThe external pressure tempers the internal pressure in the ampoule
übersteigt und der für den Autoklaven zulässige Brück nicht überschritten wird.and does not exceed the bridge permitted for the autoclave is exceeded.
G0S&13/1474G0S & 13/1474
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