PL101900B1 - A method of obtaining chemical compounds from materials nondestroying ferroelectric - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania zwiazków chemicznych z materialów nie niszczacych ferroelektryka wykorzystujacy zmiany struktury domenowej ferroelektryka, majacych zastosowanie wcoras wiekszym zakresie, zwlaszcza w elektrotechnice i w elektronice, szczególnie w postaci cienkich powlok czy warstw. Ferroelektryki wykorzystuje sie glównie jako elementy kondensatorów, przetworników elektromecha¬ nicznych, elektrooptycznych lub elektrotermicznych oraz jako elementy pamieciowe w maszynach cyfrowych.

We wszystkich znanych sposobach otrzymywania zwiazków chemicznych stosuje sie glównie procesy technologiczne wykorzystujace wplyw temperatury i cisnienia lub katalizatorów na przebieg reakcji. W sposo¬ bach tych nie wykorzystuje sie wlasnosci ferroelektrycznych. Przykladowo do otrzymywania acetylenu stosuje sie, albo metode karbidowa albo metode pólspalania gazu ziemnego lub tez metode elektrokrakingu.

Celem wynalazku jest znalezienie takiego sposobu otrzymywania zwiazków chemicznych, w którym przy wykorzystaniu wlasciwosci materialu ferroelektrycznego mozliwym byloby otrzymanie zwiazku chemicznego o z góry okreslonych wlasciwosciach fizyko-chemicznych, strukturze, skladzie chemicznym czy stanie skupienia, zwlaszcza korzystnie w postaci powloki trwale polaczonej ze struktura ferroelektryka lub materialu nieniszcza¬ cego ferroelektryka.

Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze ferroelektryk, korzystnie ceramike ferroelektryczna i mate¬ rial nieniszczacy ferroelektryka umieszcza sie w odizolowanym srodowisku plynnym, w niewielkiej od siebie odleglosci, a nastepnie na wytworzony uklad oddzialywuje sie zewnetrznym napieciem elektrycznym i/lub zewnetrznym naprezeniem i/lub temperatura zmieniana wokól stalej dla danego ferroelektryka, temperatury ferroelektrycznej przemiany fazowej.

W sposobie wedlug wynalazku, wykorzystuje sie. lokalne silne pola elektryczne o natezeniu rzedu * V/m, zwiazane ze struktura domen ferroelektrycznych i jej zmianami pod wplywem czynników zewne¬ trznych: napiecia elektrycznego, naprezenia mechanicznego, czy temperatury zmienianej wokól stalej dla danego ferroelektryka temperatury ferroelektrycznej przemiany fazowej. Wymienionymi czynnikami zewnetrznymi mozna wiec niejako sterowac struktura domenowa odpowiednio dobranego materialu ferroelektrycznego. W sil-2 101 900 nych lokalnych polach elektrycznych przy powierzchni materialu ferroelektrycznego zachodza wyladowania elektryczne. Wyladowania te powoduja rozklad i synteze skladników ukladu, tworzac zwiazki chemiczne o róz¬ nych stanach skupienia skladzie chemicznym, strukturze, posiadajace rózne wlasnosci fizyko-chemiczne.

Sklad i wlasnosci fizyko-chemiczne otrzymanego sposobem, wedlug wynalazku, zwiazku chemicznego, jego struktura i stan skupienia zaleza od skladu chemicznego ukladu, jego temperatury i cisnienia, od rodzaju materialu ferroelektrycznego i podloza, od rodzaju czynnika zewnetrznego zmieniajacego strukture domenowa ferroelektryka, od czasu trwania procesu. Stworzenie odpowiedniego, odizolowanego ukladu, to znaczy z odpo¬ wiednio na zamierzony i z góry okreslony efekt koncowy procesu, zawierajacego ferroelektryk i material nie¬ niszczacy ferroelektryka w srodowisku plynnym pozwala uzyskac sposobem, wedlug wynalazku, zwiazek che¬ miczny o pozadanych cechach i wlasnosciach oraz sprecyzowanej postaci fizycznej.

Szczególnie korzystna jest mozliwosc otrzymania zwiazku chemicznego w postaci, powloki czy cienkiej warstwy strukturalnie zwiazanej z podlozem, które stanowi ferroelektryk lub material nieniszczacy ferroelektry¬ ka. Warstwy o róznym skladzie fizyko-chemicznym zarówno jednorodne jak i niejednorodne, wykorzystuje sie w coraz to wiekszym stopniu przede wszystkim w elektrotechnice i elektronice: w budowie kondensatorów, jako warstwy pólprzewodnikowe, jako warstwy przewodzace, jako warstwy izolujace. Bardzo duze zastosowanie maja takze kolejno na siebie nakladane cienkie warstwy o róznych wlasnosciach fizyko-chemicznych, np.: w budowie ukladów scalonych w elektronice. Cienkie warstwy wykorzystuje sie takze powszechnie jako warstwy antykoro¬ zyjne.

Wynalazek jest blizej objasniony w ponizszych przykladach wykonania.

Przyklad I. Monokrystaliczna plytke siarczanu trójglicyny, o grubosci 0,8 mm i powierzchni 2 cm2, wycieta prostopadle do osi ferroelektrycznej, umieszcza sie pomiedzy dwiema plytkami srebrnymi o grubosci 0,5 mm i powierzchni 2 cm2 w taki sposób, zeby odleglosc miedzy plytkami srebrnymi a plytka siarczanu trójglicyny wynosila 0,1 mm. Uklad ten umieszcza sie w naczyniu wypelnionym tlenem o temperaturze 20°C i cisnieniu 1 atmosfery. Po podlaczeniu plytek srebrnych do zasilacza pradu zmiennego o napieciu 100 V i cze¬ stosci 1 kHz w ukladzie zachodzi reakcja chemiczna, w wyniku której wytwarza sie ozon, a na powierzchni plytek srebrnych zwróconych w strone plytki siarczanu trójglicyny, wytwarza sie jednorodna warstwa tlenku srebra o grubosci okolo 100 nm.

Przyklad II. Ceramiczna plytke tytanianu baru o grubosci 1 mm i powierzchni 100 mm2 umieszcza sie pomiedzy dwiema plytkami ze stali kwasoodpornej o grubosci 1 mm i powierzchni 150 mm2, w taki sposób, zeby odleglosc miedzy plytkami wynosila 0,2 mm. Miedzy plytkami ze stali kwasoodpornej a plytka tytanianu baru przepuszcza sie z predkoscia przeplywu 10 litrów na godzine mieszanine azotu z tlenem o temperaturze °C. Po podlaczeniu plytek stalowych do transformatora sieciowego o napieciu 1 kV, w ukladzie zachodzi reakcja chemiczna, w wyniku której wytwarzane sa tlenki azotu, a powierzchnie plytek stalowych od strony plytki ceramicznej jak równiez powierzchnia plytki ceramicznej pokrywaja sie warstwa tlenku i azotku zelaza.

Przyklad III. W ukladzie takim jak w przykladzie II, miedzy plytkami ze stali kwasoodpornej a ply¬ tka tytanianu baru przepuszcza sie z predkoscia przeplywu 6 litrów na godzine mieszanine azotu z wodorem o temperaturze 20°C. W ukladzie zachodzi reakcja chemiczna, w wyniku której powstaje amoniak, a na powierzch¬ ni plytek stalowych zwróconych w strone plytki tytanianu baru oraz na powierzchni plytki tytanianu baru tworzy sie warstwa mieszana azotku i wodoru zelaza.

Przyklad IV. Ceramiczna plytke tytanianu baru o grubosci 1 mm i powierzchni 100 mm2 umieszcza sie pomiedzy plytkami cyrkonowymi o grubosci 0,2 mm i powierzchni 100 mm2, w taki sposób, zeby odleglosc miedzy plytkami cyrkonowymi a plytka tytanianu baru wynosila 0,2 mm. Uklad ten umieszcza sie w naczyniu, przez które przepuszcza sie z predkoscia przeplywu 10 litrów na godzine azot o temperaturze 20°C. Plytki cyrkonowe podlacza sie do transformatora sieciowego o napieciu 1 kV. Po 30 minutach na powierzchni plytek cyrkonowych od strony plytki tytanianu baru wytwarza sie warstwa azotku cyrkonu o grubosci okolo 150 nm.

Na ceramicznej plytce tytanianu baru wytwarza sie w tym czasie obustronnie warstwa azotku cyrkonu o grubosci okolo 50 nm.

Przyklad V. Plytke ceramiczna, wykonana z tytanianu baru z dodatkiem tytanianu strontu, o grubo¬ sci 1,2 mm i powierzchni 150 mm2, umieszcza sie pomiedzy plytkami aluminiowymi o grubosci 0,5 mm i po¬ wierzchni 150 mm2, w taki sposób zeby odleglosc miedzy plytkami aluminiowymi a plytka ceramiczna wynosi¬ la 0,2 mm. Uklad ten umieszcza sie w naczyniu wypelnionym powietrzem o temperaturze 20°C i cisnieniu 1 atmosfery. Plytki aluminiowe podlacza sie do transformatora sieciowego o napieciu 800 V. W tych warunkach powstaje tlenek azotu, a na powierzchni plytek aluminiowych, zwróconych w strone plytki ceramicznej, wytwa¬ rza sie warstwa o grubosci okolo 500 nm. Warstwa ta jest utworzona z mieszaniny tlenku aluminium i azotku aluminium.101900 3 Przyklad VI. Uklad taki, jak w przykladzie V umieszcza sie w naczyniu wypelnionym metanem o temperaturze 20°C i cisnieniu 1 atmosfery. W tych warunkach powierzchnia plytek aluminiowych zwróconych w strone plytki ceramicznej oraz powierzchnia plytki ceramicznej pokrywaja sie cienka powloka, a wsród gazo¬ wych produktów reakcji wystepuja etan, propan, butany, acetylen, etylen i propylen.

Podane przyklady swiadcza, ze zmianie struktury domenowej materialu ferroelektrycznego towarzysza zmiany skladu chemicznego, a rodzaj otrzymanych zwiazków chemicznych wyraznie zalezy od skladu poczatko¬ wego stosowanego ukladu. Sposobem tym mozna wiec otrzymac rózne zwiazki chemiczne z materialów nie¬ niszczacych ferroelektryka, w tym równiez warstwy o dowolnej strukturze i o dowolnym skladzie chemicznym.

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób otrzymywania zwiazków chemicznych z materialów nie niszczacych ferroelektryka, wykorzystujacy zmiany struktury domenowej ferroelektryka, znamienny tym, ze ferroelektryk, korzystnie ceramike fer¬ roelektryczna i material nieniszczacy ferroelektryka umieszcza sie w odizolowanym srodowisku plynnym, w nie¬ wielkiej od siebie odleglosci, a nastepnie na wytworzony uklad oddzialywuje sie zewnetrznym napieciem elek¬ trycznym i/lub zewnetrznym naprezeniem deformujacym ferroelektryk i/lub temperatura zmieniana wokól stalej dla danego ferroelektryka temperatury ferroelektrycznej przemiany fazowej.