RU2434809C1 - Method of producing powdered trisulphides of europium, lanthanide and copper - Google Patents
Method of producing powdered trisulphides of europium, lanthanide and copper Download PDFInfo
- Publication number
- RU2434809C1 RU2434809C1 RU2010112704/05A RU2010112704A RU2434809C1 RU 2434809 C1 RU2434809 C1 RU 2434809C1 RU 2010112704/05 A RU2010112704/05 A RU 2010112704/05A RU 2010112704 A RU2010112704 A RU 2010112704A RU 2434809 C1 RU2434809 C1 RU 2434809C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hours
- copper
- europium
- lanthanide
- trisulphides
- Prior art date
Links
Landscapes
- Luminescent Compositions (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к способу получения сложных сульфидов редкоземельных элементов, применяемых в качестве полупроводниковых материалов.The invention relates to the field of inorganic chemistry, and in particular to a method for producing complex sulfides of rare-earth elements used as semiconductor materials.
Известен способ получения трисульфидов меди EuLnCuS3 (Ln=Gd-Lu) no твердофазной реакции с использованием в качестве исходных материалов редкоземельных полуторных окисей (Ln3O3) и оксида меди CuO [1]. Стехиометрические смеси исходных материалов нагревались в графитовой лодочке при 1170-1320 K в течение 18-36 ч в потоке смеси газов CS2 и N2, полученных барботированием N2 через жидкость CS2 при комнатной температуре. Синтез включал несколько этапов перетирания получаемого продукта.A known method of producing copper trisulfides EuLnCuS 3 (Ln = Gd-Lu) no solid-phase reaction using rare earth sesquioxides (Ln 3 O 3 ) and copper oxide CuO as starting materials [1]. Stoichiometric mixtures of starting materials were heated in a graphite boat at 1170–1320 K for 18–36 h in a stream of a mixture of CS 2 and N 2 gases, obtained by bubbling N 2 through a CS 2 liquid at room temperature. The synthesis included several stages of grinding the resulting product.
Недостаток этого способа заключается в том, что, как отмечают авторы, данным методом не удалось получить фазу EuNdCuS3, a образцы где Ln=Sm, Ho и Er содержат в качестве примеси (Eu,R)2O2S (не более 3%).The disadvantage of this method is that, as the authors note, this method failed to obtain the EuNdCuS 3 phase, and the samples where Ln = Sm, Ho, and Er contain (Eu, R) 2 O 2 S (not more than 3%) )
Авторами работы [2] апробирован керамический метод, заключающийся в тщательном перемешивании точных навесок товарных оксидов с последующим сульфидированием. Этот традиционный при получении многих видов конструкционной и функциональной керамики способ имеет ряд существенных недостатков, главный из которых - длительность термической обработки вследствие довольно больших размеров зерен и неоднородности смешения реагентов, что может приводить к невоспроизводимости электрофизических свойств. Обрабатываемые вещества могут загрязняться разрушающимся кварцем. Относительно невелика степень контакта фаз в состоянии насыпного объема. Для достижения равномерности в распределении катионов в веществе за счет их взаимной диффузии требуется длительное время термообработки до 150 ч.The authors of [2] tested the ceramic method, which consists in thoroughly mixing accurate weighed portions of commodity oxides with subsequent sulfidation. This traditional method for obtaining many types of structural and functional ceramics has a number of significant drawbacks, the main of which is the duration of the heat treatment due to the rather large grain size and heterogeneous mixing of the reagents, which can lead to irreproducibility of electrophysical properties. Processed substances may become contaminated with decaying quartz. The degree of contact of the phases in the state of the bulk volume is relatively small. To achieve uniformity in the distribution of cations in a substance due to their mutual diffusion, a long heat treatment time of up to 150 hours is required.
Известен следующий способ получения образцов сложных сульфидов: ампульным методом в вакуумированных и запаянных кварцевых ампулах из элементов Cu и S получают Cu2S. Сульфиды SrS и Ln2S3 синтезированы из SrSO4 и Ln3O3 в потоке H2S и CS2 при 1300 K. Шихту исходных сульфидов в соотношении 2SrS:1Cu2S:1Ln2S3 сплавляли в графитовом тигле, находившемся в запаянной кварцевой ампуле. Ампулу обрабатывали индукционным воздействием в генераторе токов высокой частоты. Вещество трижды переводили в расплав, затем медленно охлаждали до температуры на 30-70 K ниже температуры плавления. Охлаждение проводили в режиме выключенной печи. Ампулы отжигали при 1050 K в течение 480 ч [3].The following method is known for producing complex sulfide samples: the ampoule method in evacuated and sealed quartz ampoules from Cu and S elements gives Cu 2 S. SrS and Ln 2 S 3 sulfides are synthesized from SrSO 4 and Ln 3 O 3 in an H 2 S and CS 2 stream at 1300 K. The charge of the initial sulfides in the ratio 2SrS: 1Cu 2 S: 1Ln 2 S 3 was fused in a graphite crucible in a sealed quartz ampoule. The ampoule was processed by induction in a high-frequency current generator. The substance was transferred to the melt three times, then it was slowly cooled to a temperature 30-70 K below the melting point. Cooling was performed in the off-furnace mode. Ampoules were annealed at 1050 K for 480 h [3].
Недостатком данного способа является то, что для получения гомогенного образца требуется длительный отжиг, обеспечивающий химическое взаимодействие непрореагировавших между собой фаз с образованием сложного сульфида, ввиду инконгруэнтного плавления сложные сульфиды AIILnCuS3 (A=Sr) не получаются в гомогенном состоянии при охлаждении их из расплава. На микроструктуре проб образцов, охлажденных из расплава, присутствуют кристаллы SrS и эвтектика между фазами SrLnCuS3 и CuLnS2. Авторы отмечают, что не все образцы, прошедшие отжиг, были полностью гомогенны, при МСА обнаруживаются следовые количества примесных фаз (CuLnS2 и SrS).The disadvantage of this method is that long-term annealing is required to obtain a homogeneous sample, which ensures the chemical interaction of the unreacted phases with the formation of a complex sulfide, due to incongruent melting, complex sulfides A II LnCuS 3 (A = Sr) are not obtained in a homogeneous state when they are cooled from melt. SrS crystals and a eutectic between the SrLnCuS 3 and CuLnS 2 phases are present on the microstructure of samples of samples cooled from the melt. The authors note that not all annealed samples were completely homogeneous, with MSA, trace amounts of impurity phases (CuLnS 2 and SrS) are detected.
Цель заявляемого изобретения - уменьшение продолжительности и температуры синтеза, увеличение фазовой однородности при синтезе трисульфидов EuLnCuS3 (Ln=La-Lu), получение веществ в активном для прессования состоянии.The purpose of the invention is to reduce the duration and temperature of synthesis, increase phase uniformity in the synthesis of trisulfides EuLnCuS 3 (Ln = La-Lu), obtain substances in an active state for pressing.
Цель достигается тем, что вначале получают прекурсор - химическое соединения, в котором атомы основных компонентов расположены в необходимой близости друг к другу. Это позволяет снять диффузионные затруднения и перевести реакцию в кинетическую область, что сопряжено с заметным ускорением синтеза. В качестве прекурсора используется смесь простых и сложных оксидов, полученная термическим разложением при 1000 K совместно закристаллизованных нитратов меди, европия и лантаноида, а сульфидирование проводят в потоке H2S и CS2 (4-6 экв/л) при 970 K в течение 15 часов, при 1120 K в течение 7 часов, при 1220 K в течение 3 часов.The goal is achieved by first obtaining a precursor - a chemical compound in which the atoms of the main components are located in the necessary proximity to each other. This allows one to remove diffusion difficulties and transfer the reaction to the kinetic region, which is associated with a noticeable acceleration of synthesis. A mixture of simple and complex oxides obtained by thermal decomposition at 1000 K of co-crystallized copper, europium and lanthanide nitrates is used as a precursor, and sulfidation is carried out in a stream of H 2 S and CS 2 (4-6 equiv / l) at 970 K for 15 hours, at 1120 K for 7 hours, at 1220 K for 3 hours.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.The inventive method is as follows.
Пример 1. Навески меди «ос.ч. 11-4», оксида лантана «ЛаО-Д», оксида европия «ЕвО-Ж» рассчитывают исходя из валового химического состава образца EuLaCuS3 и его массы. Поверхность медной пластинки предварительно механически очищают от слоя основных карбонатов, которыми она покрывается на воздухе. Оксиды РЗЭ подвергают прокаливанию при 1050 K до постоянной массы с целью удаления поглощенных влаги и CO2. Для получения 20 г сульфида EuLaCuS3 при комнатной температуре смешивают 2.8143 г меди, 7.2333 г оксида лантана (III), 7.4578 г оксида европия (II). Полученную смесь порошков при комнатной температуре помещают в термостойкую плоскодонную колбу и растворяют в 50 мл концентрированной азотной кислоты марки «хч». Полученный раствор, содержащий катионы Cu2+ Eu2+, La3+, медленно (4-5 ч) упаривают до сухого остатка, не допуская кипения и разбрызгивания раствора. Сухой остаток тщательно перемешивают и помещают в кварцевый стакан, который, в свою очередь, опускают в открытый кварцевый реактор, представляющий собой трубку диаметром 40 мм и высотой 500 мм. Реактор с шихтой помещают в печь электронагрева, находящуюся в вытяжном шкафу, и выдерживают при температуре 1000 K в течение 2 часов. При этом процесс деструкции нитрата лантана начинает происходить при 310-320 K. Соль меди разлагается с плавлением около 373-473 K. При термической обработке наблюдалось вступление образовавшихся оксидов CuO и EuO в химическое взаимодействие между собой с образованием CuEu2O4 по твердофазной реакции: CuO+Eu3O3→CuEu2O4. По данным РФА, оксидный спек (пепельно-черного цвета), полученный после разложения нитратов, имеет фазовый состав: CuEu2O4, La2CuO4, La2O3. Оксидные частицы размерами до 40 мкм имеют явно выраженные грани, а полученный спектр распределения элементов, на котором нет характеристических линий азота, свидетельствует о полном разложении нитратов. Оксидный спек тщательно перемешивают и помещают в пространство между кварцевым стаканом (диаметром 23 мм) и газоподающей кварцевой трубкой (диаметром 9 мм) и все это помещают в кварцевую трубу (диаметром 30 мм и высотой 500 мм), у которой запаяно дно и имеется газоотвод для удаления газообразных продуктов взаимодействия из зоны реактора. Внешняя кварцевая труба защищает синтезируемое вещество от окисления. Сквозь шихту пропускают поток аргона с сульфидирующими газами (H2S и CS2 4-6 экв/л), получаемыми разложением роданида аммония. После синтеза получаемый продукт охлаждают в реакторе в потоке аргона с сульфидирующими газами. Смесь перетирают и исследуют методами физико-химического анализа. Реакцию проводят до исчезновения на рентгенограммах проб рефлексов фаз исходной шихты или промежуточных продуктов. Для каждой температуры построена кинетическая кривая - выход продукта в зависимости от времени. Экспериментально установлено, что гомогенный порошок сульфида гарантированно получается EuLaCuS3 при 970 K в течение 15 часов, при 1120 K в течение 7 часов, при 1220 K в течение 3 часов.Example 1. Weighed copper "os.ch. 11-4 ", lanthanum oxide" LaO-D ", europium oxide" EvO-Zh "is calculated based on the gross chemical composition of the EuLaCuS 3 sample and its mass. The surface of the copper plate is previously mechanically cleaned of the layer of basic carbonates with which it is coated in air. REE oxides are calcined at 1050 K to constant weight in order to remove absorbed moisture and CO 2 . To obtain 20 g of EuLaCuS 3 sulfide, 2.8143 g of copper, 7.2333 g of lanthanum (III) oxide, 7.4578 g of europium (II) oxide are mixed at room temperature. The resulting mixture of powders at room temperature is placed in a heat-resistant flat-bottomed flask and dissolved in 50 ml of concentrated nitric acid brand "hch". The resulting solution containing cations Cu 2+ Eu 2+ , La 3+ , is slowly (4-5 hours) evaporated to a dry residue, preventing boiling and spraying of the solution. The dry residue is thoroughly mixed and placed in a quartz glass, which, in turn, is lowered into an open quartz reactor, which is a tube with a diameter of 40 mm and a height of 500 mm. The reactor with the charge is placed in an electric heating furnace located in a fume hood, and maintained at a temperature of 1000 K for 2 hours. In this case, the process of destruction of lanthanum nitrate begins to occur at 310-320 K. Copper salt decomposes with melting of about 373-473 K. During the heat treatment, the formed CuO and EuO oxides entered into chemical interaction with each other with the formation of CuEu 2 O 4 by the solid-state reaction: CuO + Eu 3 O 3 → CuEu 2 O 4 . According to XRD data, oxide sinter (ash-black) obtained after the decomposition of nitrates has a phase composition: CuEu 2 O 4 , La 2 CuO 4 , La 2 O 3 . Oxide particles up to 40 μm in size have distinct faces, and the obtained distribution spectrum of elements, on which there are no characteristic lines of nitrogen, indicates complete decomposition of nitrates. The oxide cake is thoroughly mixed and placed in the space between the quartz glass (23 mm in diameter) and the gas supply quartz tube (9 mm in diameter) and all this is placed in a quartz pipe (30 mm in diameter and 500 mm high), which has a sealed bottom and a gas outlet for removal of gaseous reaction products from the reactor zone. An external quartz tube protects the synthesized substance from oxidation. An argon stream with sulphiding gases (H 2 S and CS 2 4-6 eq / L) obtained by decomposition of ammonium thiocyanate is passed through the charge. After synthesis, the resulting product is cooled in a reactor in a stream of argon with sulfidizing gases. The mixture is ground and examined by methods of physico-chemical analysis. The reaction is carried out until the reflections of the phases of the initial charge or intermediate products disappear on the X-ray diffraction patterns. A kinetic curve is constructed for each temperature — the yield of the product as a function of time. It was experimentally established that a homogeneous sulfide powder is guaranteed to be obtained with EuLaCuS 3 at 970 K for 15 hours, at 1120 K for 7 hours, at 1220 K for 3 hours.
Пример 2. Подготовка исходных компонентов и приготовление смеси нитратов проводится аналогично примеру 1. Смесь нитратов помещают в пульверизатор и распыляют приготовленный раствор путем впрыскивания в кварцевый реактор, предварительно помещенный в печь, нагретую до 1000 K. Полученную порошкообразную смесь оксидов собирают со стен реактора, перетирают и в дальнейшем проводят сульфидирование аналогично примеру 1 при 1220 K в течение 2-3 часов.Example 2. Preparation of the starting components and preparation of a mixture of nitrates is carried out analogously to example 1. A mixture of nitrates is placed in a spray bottle and sprayed into the prepared solution by injection into a quartz reactor, previously placed in a furnace heated to 1000 K. The resulting powdery mixture of oxides is collected from the walls of the reactor, ground and then carry out sulfidation analogously to example 1 at 1220 K for 2-3 hours.
Пример 3. Для получения 20 г сульфида EuGdCuS3 при комнатной температуре смешивают 2.7041 г меди, 7.7329 г оксида гадолиния (III), 7.1659 г оксида европия (II). Проведение эксперимента аналогично примеру 2 при 1220 K в течение 3 часов.Example 3. To obtain 20 g of EuGdCuS 3 sulfide at room temperature, 2.7041 g of copper, 7.7329 g of gadolinium (III) oxide, 7.1659 g of europium (II) oxide are mixed. The experiment is carried out analogously to example 2 at 1220 K for 3 hours.
ЛитератураLiterature
1. Wakeshima M., Furuuchi F., Hinatsu Y. Crystal structures and magnetic properties of novel rare-earth copper sulfides, EuRCuS3 (R=Y, Gd-Lu) // Journal of Phusics: Condensed Matter 16 (2004) 5503-5518.1. Wakeshima M., Furuuchi F., Hinatsu Y. Crystal structures and magnetic properties of novel rare-earth copper sulfides, EuRCuS 3 (R = Y, Gd-Lu) // Journal of Phusics: Condensed Matter 16 (2004) 5503 -5518.
2. Бамбуров В.Г., Андреев О.В. Простые и сложные сульфиды щелочноземельных и редкоземельных элементов // Журнал неорган. химии, 2002, т.47, №4, с.676-683.2. Bamburov V.G., Andreev O.V. Simple and complex sulfides of alkaline earth and rare earth elements // Journal of Inorgan. Chemistry, 2002, v. 47, No. 4, p. 676-683.
3. Сикерина Н.В., Андреев О.В. Кристаллическая структура соединений SrLnCuS3 (Ln=Gd, Lu) // Журнал неорганической химии, 2007. - т.52. - №4 - с.641-644.3. Sikerina N.V., Andreev O.V. The crystal structure of SrLnCuS 3 compounds (Ln = Gd, Lu) // Journal of Inorganic Chemistry, 2007.- V. 52. - No. 4 - p. 641-644.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010112704/05A RU2434809C1 (en) | 2010-04-01 | 2010-04-01 | Method of producing powdered trisulphides of europium, lanthanide and copper |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010112704/05A RU2434809C1 (en) | 2010-04-01 | 2010-04-01 | Method of producing powdered trisulphides of europium, lanthanide and copper |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2434809C1 true RU2434809C1 (en) | 2011-11-27 |
Family
ID=45318139
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010112704/05A RU2434809C1 (en) | 2010-04-01 | 2010-04-01 | Method of producing powdered trisulphides of europium, lanthanide and copper |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2434809C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2783926C1 (en) * | 2021-10-05 | 2022-11-22 | Максим Владимирович Григорьев | METHOD FOR PRODUCING SELENIDES (Sr,Eu)LnCuSe3 (Ln = La, Nd, Sm, Gd-Lu, Sc, Y) OF RHOMBIC SYNGONY |
-
2010
- 2010-04-01 RU RU2010112704/05A patent/RU2434809C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2783926C1 (en) * | 2021-10-05 | 2022-11-22 | Максим Владимирович Григорьев | METHOD FOR PRODUCING SELENIDES (Sr,Eu)LnCuSe3 (Ln = La, Nd, Sm, Gd-Lu, Sc, Y) OF RHOMBIC SYNGONY |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Baghurst et al. | Application of microwave heating techniques for the synthesis of solid state inorganic compounds | |
Leleckaite et al. | Synthesis of garnet structure compounds using aqueous sol–gel processing | |
Jiang et al. | In situ identification of kinetic factors that expedite inorganic crystal formation and discovery | |
Pet’kov et al. | Characterization and controlling thermal expansion of materials with kosnarite-and langbeinite-type structures | |
Zalga et al. | On the sol–gel preparation of different tungstates and molybdates | |
Kudryashova et al. | Synthesis of yttrium–aluminum garnet using a microreactor with impinging jets | |
RU2434809C1 (en) | Method of producing powdered trisulphides of europium, lanthanide and copper | |
RU2384522C1 (en) | Method of preparing metal oxide nanoparticles | |
Peng et al. | Fabrication of β-Si3N4 whiskers by combustion synthesis with MgSiN2 as additives | |
Kravtsov et al. | Nucleation and growth of YAG: Yb crystallites: A step towards the dispersity control | |
Boyle et al. | Structurally characterized luminescent lanthanide zinc carboxylate precursors for Ln–Zn–O nanomaterials | |
RU2679244C1 (en) | METHOD OF OBTAINING POLYCRYSTALS OF FOUR COMPOUNDS ALnAgS3 (A = Sr, EU; Ln = Dy, Ho) | |
RU2500502C1 (en) | Method of production of rare-earth element fluorosulphide powders | |
CN110310753B (en) | Method for solidifying radionuclide fission product cesium by using perovskite structure oxide | |
Tomaszewicz et al. | New cadmium and rare-earth metal molybdato–tungstates with scheelite-type structure | |
JPS5913625A (en) | Manufacture of oxysulfide of rare earth element | |
JPH061614A (en) | Compound expressed by formula bi5o7no3 and its production | |
Botvina et al. | Synthesis of Calcium Aluminate-Based Luminophores by the Citrate Nitrate Sol–Gel Process | |
RU2349548C1 (en) | Method of producing ultrafine gallium oxide | |
RU2819764C1 (en) | METHOD OF PRODUCING SINGLE-PHASE YTTRIUM IRON GARNET Y3Fe5O12 | |
RU2659250C1 (en) | METHOD OF OBTAINING A COMPLEX THULIUM AND IRON OXIDE TmFe2O4±δ | |
Ho et al. | Synthesis of Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 perovskite by an alkoxide method | |
RU2744884C1 (en) | Method of obtaining complex lithium tantalate of strontium and lanthanum | |
Matraszek et al. | The synthesis and thermal stability of CaKCe (PO4) 2 phosphate. Phase equilibria in the CaKPO4–CePO4 system | |
RU2192678C1 (en) | Target manufacture for irradiation in reactor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20130513 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180402 |