RU2668247C1 - Method for producing crystals of solid solutions of halogenides of silver and thallia (i) - Google Patents
Method for producing crystals of solid solutions of halogenides of silver and thallia (i) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2668247C1 RU2668247C1 RU2017146131A RU2017146131A RU2668247C1 RU 2668247 C1 RU2668247 C1 RU 2668247C1 RU 2017146131 A RU2017146131 A RU 2017146131A RU 2017146131 A RU2017146131 A RU 2017146131A RU 2668247 C1 RU2668247 C1 RU 2668247C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crystals
- solid solutions
- agbr
- tli
- radiation
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 title claims description 7
- 239000004332 silver Substances 0.000 title claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 7
- ADZWSOLPGZMUMY-UHFFFAOYSA-M silver bromide Chemical compound [Ag]Br ADZWSOLPGZMUMY-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 36
- CMJCEVKJYRZMIA-UHFFFAOYSA-M thallium(i) iodide Chemical compound [Tl]I CMJCEVKJYRZMIA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims abstract description 4
- -1 thallium (I) halides Chemical class 0.000 claims description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 26
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 7
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 abstract description 3
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007017 scission Effects 0.000 abstract description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004616 Pyrometry Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 8
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 6
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N Acetaminophen Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000004476 mid-IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000005297 pyrex Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- GBECUEIQVRDUKB-UHFFFAOYSA-M thallium monochloride Chemical compound [Tl]Cl GBECUEIQVRDUKB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- PGAPATLGJSQQBU-UHFFFAOYSA-M thallium(i) bromide Chemical compound [Tl]Br PGAPATLGJSQQBU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
- C30B11/02—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method without using solvents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0009—Forming specific nanostructures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
- C30B11/003—Heating or cooling of the melt or the crystallised material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/12—Halides
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/02—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of crystals, e.g. rock-salt, semi-conductors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемый способ относится к области получения кристаллов твердых растворов галогенидов серебра и одновалентного таллия, конкретно к способу получения кристаллов на основе твердых растворов бромида серебра (AgBr) и иодида одновалентного таллия (TlI). Кристаллы прозрачны (спектральное пропускание) от видимой до дальней инфракрасной (ИК) области спектра (0,5-67,0 мкм), пластичны, не обладают эффектом спайности, поэтому из них изготавливают методом горячего прессования оптические изделия (линзы, окна, пленки), и получают методом экструзии микроструктурированные световоды, для среднего ИК диапазона (2,0-25,0 мкм). Такие оптические изделия и ИК световоды необходимы для создания волоконных лазеров и усилителей, волоконно-оптических систем для ИК спектроскопии, в том числе в условиях повышенного радиационного фона, низкотемпературной ИК пирометрии, для передачи ИК излучения СО (5,3-6,2 мкм) и СО2 лазеров (9,2-11,4 мкм).The proposed method relates to the field of obtaining crystals of solid solutions of silver halides and monovalent thallium, specifically to a method for producing crystals based on solid solutions of silver bromide (AgBr) and monovalent thallium iodide (TlI). The crystals are transparent (spectral transmission) from the visible to far infrared (IR) spectral regions (0.5-67.0 μm), plastic, do not have a cleavage effect, therefore optical products (lenses, windows, films) are made from them by hot pressing , and receive by extrusion microstructured optical fibers for the mid-IR range (2.0-25.0 μm). Such optical products and IR fibers are necessary for creating fiber lasers and amplifiers, fiber-optic systems for IR spectroscopy, including under conditions of increased radiation background, low-temperature IR pyrometry, and for transmitting IR radiation of CO (5.3-6.2 μm) and CO 2 lasers (9.2-11.4 microns).
Известен способ получения кристаллов с дефектами на основе твердых растворов галогенидов металлов [Жукова Л.В., Жуков В.В., Пилюгин В.П. Патент РФ №2287620. Заявл. 13.05.2005. Опубл. 20.11.2006. Бюл. №32]. В качестве металла используют серебро или таллий, а в качестве галогена - хлор, бром или йод. Многокомпонентную шихту для выращивания кристаллов из расплава получают в виде однофазных твердых растворов из водных растворов 5-6 М соляной кислоты с использованием определенных режимов. Для этой цели берут TlCl, TlBr, TlI, AgCl, AgBr, AgI в количествах, соответствующих их содержанию в твердых растворах AgClxBr1-x, AgClxBryI1-x-y, КРС-5, КРС-6. Диапазон прозрачности кристаллов от 0,35 до 40,0 мкм, увеличена их механическая прочность, повышаются радиационная и лучевая стойкость по сравнению с кристаллами индивидуальных галогенидов металлов.A known method of producing crystals with defects based on solid solutions of metal halides [Zhukova L.V., Zhukov V.V., Pilyugin V.P. RF patent №2287620. Claim 05/13/2005. Publ. 11/20/2006. Bull. No. 32]. Silver or thallium is used as the metal, and chlorine, bromine or iodine are used as the halogen. A multicomponent mixture for growing crystals from a melt is obtained in the form of single-phase solid solutions from aqueous solutions of 5-6 M hydrochloric acid using certain modes. For this purpose, TlCl, TlBr, TlI, AgCl, AgBr, AgI are taken in amounts corresponding to their content in solid solutions AgCl x Br 1-x , AgCl x Br y I 1-xy , KRS-5, KRS-6. The transparency range of crystals is from 0.35 to 40.0 μm, their mechanical strength is increased, radiation and radiation resistance are increased compared with crystals of individual metal halides.
Но авторы не приводят конкретных значений о радиационной, лучевой и механической прочности, что необходимо для практического применения. Кроме того, кристаллы непрозрачны в дальнем ИК диапазоне спектра, т.е. от 50 мкм и далее.But the authors do not give specific values about radiation, radiation and mechanical strength, which is necessary for practical application. In addition, crystals are opaque in the far infrared spectrum, i.e. from 50 microns onwards.
Известно выращивание методом Бриджмена твердых растворов на основе оксидных, полупроводниковых и других материалов. При этом режимы выращивания кристаллов разрабатываются конкретно для каждого химического состава кристаллов и в соответствии с диаграммами их плавкости. Учитываются температуры плавления от которых зависят режимы выращивания кристаллов - осевой температурный градиент в зоне кристаллизации и скорость выращивания, что в свою очередь определяется конструкцией ростовой печи [«Нестехиометрические фазы на основе теллуридов кадмия и цинка» Е.Н. Можевитина. Автореферат кандидатской диссертации. Москва, 2013. С. 12; «Процессы роста кристаллов» А.А. Майер. Москва, 1999. С. 85-86].It is known to grow by the Bridgman method solid solutions based on oxide, semiconductor and other materials. At the same time, crystal growth modes are developed specifically for each chemical composition of crystals and in accordance with their melting diagrams. The melting temperatures are taken into account on which the crystal growth regimes depend - the axial temperature gradient in the crystallization zone and the growth rate, which in turn is determined by the growth of the furnace [Non-stoichiometric phases based on cadmium and zinc tellurides E.N. Mozhevitin. Abstract of the candidate dissertation. Moscow, 2013.S. 12; "Crystal growth processes" A.A. Mayer. Moscow, 1999. S. 85-86].
Также известна из литературных источников диаграмма состояния системы AgBr-TlI, в которой установлена область существования твердых растворов замещения в левой части диаграммы [1. «Синтез новых наноструктурированных кристаллов AgBr-TlI, AgClxBr1-x, в том числе легированных TlI» А.С. Корсаков, Л.В. Жукова, Е.В. Жариков, Д.С. Врублевский, B.C. Корсаков. Цветные металлы. 2010, №1, С. 69-72; 2. «Термодинамическое исследование кристаллов системы AgBr-TlI и получение ИК-световодов нанокристаллической структуры на их основе» А.С. Корсаков, Л.В. Жукова, Е.А. Корсакова, В.В. Жуков, B.C. Корсаков. Цветные металлы. 2013, №4, С. 62-76]. Однако, в настоящее время дополнительно исследована диаграмма плавкости системы AgBr - TlI и установлена область существования гомогенных твердых растворов в правой части диаграммы от 1 до 33 мол.% (20 мас.%) AgBr в TlI (фиг. 1), где α - твердый раствор TlI в AgBr (ромбическая модификация; β - твердый раствор TlI в AgBr (кубическая модификация); γ - твердый раствор AgBr в γTlI (кубическая модификация); δ - Твердый раствор AgBr в δTlI (ромбическая модификация); λ - включение смежной фазы; X1 и Х2 - химические соединения; L - жидкая фаза.Also known from literature is the state diagram of the AgBr-TlI system, in which the region of existence of substitutional solid solutions on the left side of the diagram is established [1. “Synthesis of new nanostructured crystals of AgBr-TlI, AgCl x Br 1-x , including doped TlI” A.S. Korsakov, L.V. Zhukova, E.V. Zharikov, D.S. Vrublevsky, BC Korsakov. Non-ferrous metals. 2010, No. 1, S. 69-72; 2. “Thermodynamic study of crystals of the AgBr-TlI system and the preparation of infrared optical fibers of a nanocrystalline structure based on them” A.S. Korsakov, L.V. Zhukova, E.A. Korsakova, V.V. Zhukov, BC Korsakov. Non-ferrous metals. 2013, No. 4, S. 62-76]. However, at present, the melting diagram of the AgBr - TlI system has been additionally investigated and the region of existence of homogeneous solid solutions in the right part of the diagram from 1 to 33 mol% (20 wt.%) AgBr in TlI (Fig. 1), where α is solid solution of TlI in AgBr (rhombic modification; β - solid solution of TlI in AgBr (cubic modification); γ - solid solution of AgBr in γTlI (cubic modification); δ - solid solution of AgBr in δTlI (rhombic modification); λ - inclusion of the adjacent phase; X1 and X2 are chemical compounds; L is the liquid phase.
Для ИК техники и волоконной оптики необходимы кристаллы с более широким спектральным диапазоном прозрачности в инфракрасной области, повышенной фото- и радиационной стойкостью, а также увеличенным показателем преломления. Эти свойства достигаются при большом содержании TlI в AgBr, что соответствует правой части диаграммы системы AgBr - TlI.For infrared technology and fiber optics, crystals with a wider spectral range of transparency in the infrared region, increased photo and radiation resistance, and also an increased refractive index are needed. These properties are achieved with a high TlI content in AgBr, which corresponds to the right side of the AgBr - TlI system diagram.
Наиболее близкое техническое решение [«Кристаллы для ИК-волоконной оптики. Физико-химические основы получения кристаллов твердых растворов галогенидов серебра и талия (I) для ИК-волоконной оптики». А. Корсаков, Л. Жукова. LAP LAMBERТ Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2011, c. 83-109], принятое в качестве прототипа способа получения кристаллов твердых растворов системы AgBr-TlI, включает синтез твердых растворов гидрохимическим методом, названным авторами (ТЗКС) термозонной кристаллизацией синтезом [«Способ получения высокочистых веществ». Жукова Л.В., Жуков В.В., Китаев Г.А. Патент РФ №2160795. Заявл. 06.07.1999. Опубл. 20.12.2000. Бюл. №33], расплавление полученных высокочистых солей твердых растворов, содержащих AgBr и TlI при следующем соотношении ингредиентов, в мас.%:The closest technical solution ["Crystals for IR fiber optics. "Physicochemical principles of obtaining crystals of solid solutions of silver and waist (I) halides for IR fiber optics." A. Korsakov, L. Zhukova. LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2011, c. 83-109], adopted as a prototype of the method for producing crystals of solid solutions of the AgBr-TlI system, includes the synthesis of solid solutions by the hydrochemical method called by the authors (TZKS) thermozone crystallization synthesis ["Method for producing highly pure substances". Zhukova L.V., Zhukov V.V., Kitaev G.A. RF patent No. 2160795. Claim 07/06/1999. Publ. 12/20/2000. Bull. No. 33], the melting of the obtained high-purity salts of solid solutions containing AgBr and TlI in the following ratio of ingredients, in wt.%:
и последующее выращивание кристаллов методом Бриджмена в ростовой печи при температуре верхней зоны (ВЗ) от 380 до 440°С, нижней зоны (НЗ) от 280 до 300°С, при этом осевой температурный градиент в зоне кристаллизации между ВН и НЗ устанавливается в пределах от 20 до 40°С/см. Скорость роста кристаллов составляет от 0,6 до 6,0 мм/ч. Но режимы способа, а именно выращивание кристаллов для левой части диаграммы составов от 0 до 12 мас.% TlI в AgBr, не применимы к кристаллам, соответствующим составов для правой части диаграммы (от 1 до 20 мас.%) AgBr в TlI), где находится область существования твердых растворов замещения с большим содержанием TlI в твердом растворе системы AgBr-TlI (фиг. 1). Кроме того, кристаллы для левой части диаграммы не прозрачны в дальнем ИК диапазоне спектра, т.е. от 50,0 мкм и далее, что следует из спектров пропускания кристаллов твердых растворов (фиг. 2) состава, мас.%: 1) AgBr - 1,0, TlI - 99,0; 2) AgBr - 10,0, TlI - 90,0; 3) AgBr - 20,0, TlI - 80,0; 4) AgBr - 88,0, TlI - 12,0. Кристаллы имеют максимальный показатель преломления 2,240, что недостаточно для создания микроструктурированных световодов с увеличенным диаметром поля моды, до 100-160 мкм для передачи мощного СО2 лазерного излучения (λ=10,6 мкм). Следует также отметить, что кристаллы и ИК световоды на их основе неустойчивы к длительному ультрафиолетовому облучению и особенно к радиационному гамма-облучению дозой до 1000 килогрей (кГр), что требуется для практического применения.and subsequent crystal growth by the Bridgman method in a growth furnace at a temperature of the upper zone (BW) from 380 to 440 ° C, the lower zone (BW) from 280 to 300 ° C, while the axial temperature gradient in the crystallization zone between BH and NC is set within from 20 to 40 ° C / cm. The crystal growth rate is from 0.6 to 6.0 mm / h. But the modes of the method, namely crystal growth for the left side of the composition diagram from 0 to 12 wt.% TlI in AgBr, are not applicable to crystals corresponding to the compositions for the right side of the diagram (from 1 to 20 wt.% AgBr in TlI), where the region of existence of substitutional solid solutions with a high TlI content in the solid solution of the AgBr-TlI system is found (Fig. 1). In addition, the crystals for the left side of the diagram are not transparent in the far infrared range of the spectrum, i.e. from 50.0 μm and further, which follows from the transmission spectra of crystals of solid solutions (Fig. 2) of the composition, wt.%: 1) AgBr - 1.0, TlI - 99.0; 2) AgBr - 10.0, TlI - 90.0; 3) AgBr - 20.0, TlI - 80.0; 4) AgBr - 88.0, TlI - 12.0. The crystals have a maximum refractive index of 2.240, which is not enough to create microstructured optical fibers with an increased mode field diameter, up to 100-160 microns, to transmit high-power CO 2 laser radiation (λ = 10.6 microns). It should also be noted that crystals and infrared optical fibers based on them are unstable to long-term ultraviolet radiation and especially to radiation gamma radiation with a dose of up to 1000 kilograms (kGy), which is required for practical use.
Существует проблема получения кристаллов на основе твердых растворов галогенидов серебра и одновалентного таллия, прозрачных от видимой до дальней ИК-области спектра, имеющих повышенный показатель преломления, устойчивых к радиационному гамма- облучению и длительному ультрафиолетовому (УФ) облучению.There is a problem of obtaining crystals based on solid solutions of silver halides and monovalent thallium, transparent from visible to far infrared, having a high refractive index, resistant to gamma radiation and long-term ultraviolet (UV) radiation.
Решение проблемы достигается тем, что в способе получения кристаллов твердых растворов галогенидов серебра и таллия (I), включающем синтез твердых растворов гидрохимическим методом, их расплавление и последующее выращивание кристаллов в ростовой печи по методу Бриджмена, отличающемся тем, что предварительно в верхней зоне ростовой печи устанавливают температуру 450-470°С, в нижней зоне 250-260°С, а выращивание кристаллов осуществляют при осевом температурном градиенте в зоне кристаллизации 50-60°С/см между верхней и нижней зонами и скорости роста 0,2-0,4 мм/ч, при этом кристаллы твердых растворов содержат бромид серебра и иодид одновалентного таллия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:The solution to the problem is achieved in that in the method for producing crystals of solid solutions of silver and thallium halides (I), including the synthesis of solid solutions by the hydrochemical method, their melting and subsequent crystal growth in a growth furnace according to the Bridgman method, characterized in that it is previously in the upper zone of the growth furnace set the temperature to 450-470 ° C, in the lower zone 250-260 ° C, and the crystals are grown at an axial temperature gradient in the crystallization zone of 50-60 ° C / cm between the upper and lower zones and the speed of that 0.2-0.4 mm / hr, the crystals of solid solutions contain silver bromide and iodide monovalent thallium in the following ratio of ingredients, wt.%:
Сущность изобретения состоит в том, что руководствуясь диаграммой плавкости системы AgBr-TlI (фиг. 1), определяют химические составы кристаллов для правой части диаграммы, где установлена область существования устойчивых при 25°С твердых растворов замещения от 1,0 до 20 мас.% AgBr в TlI. Затем проводят гидрохимический синтез (ТЗКС) твердых растворов в виде дисперсных солей, загружают соли в ампулы, помещают ампулы в ростовую печь, реализующую метод Бриджмена. Устанавливают температуру в верхней зоне (ВЗ) от 450 до 470°С, а в нижней зоне (НЗ) от 250 до 260°С в зависимости от состава твердых растворов. Соли расплавляют и перемещают ампулу из ВЗ в НЗ со скоростью от 0,2-0,4 мм/ч (скорость роста кристаллов) при осевом температурном градиенте 50-60°С/см в зоне кристаллизации.The essence of the invention lies in the fact that, guided by the melting diagram of the AgBr-TlI system (Fig. 1), the chemical compositions of the crystals are determined for the right side of the diagram, where the region of existence of substitutional solid solutions stable at 25 ° C is determined from 1.0 to 20 wt.% AgBr in TlI. Then, hydrochemical synthesis (TZKS) of solid solutions is carried out in the form of dispersed salts, salts are loaded into ampoules, ampoules are placed in a growth furnace that implements the Bridgman method. The temperature in the upper zone (OZ) is set from 450 to 470 ° C, and in the lower zone (NC) from 250 to 260 ° C, depending on the composition of the solid solutions. The salts are melted and the ampoule is transferred from the OT to the NS at a rate of 0.2-0.4 mm / h (crystal growth rate) with an axial temperature gradient of 50-60 ° C / cm in the crystallization zone.
Существующая проблема решена за счет того, что разработаны кристаллы твердых растворов, содержащие от 1,0 до 20,0 мас.% AgBr в TlI и режимы способа их получения. Кристаллы устойчивы к длительному (более 10 часов) УФ облучению (λ=290-360 нм), радиационно-стойкие к гамма-облучению (при дозе более 1000 кГр), обладают повышенным показателем преломления (n=2,35-2,53 при λ=10,6 мкм), что необходимо для создания различный фотонно-кристаллических структур световодов на основе кристаллов, имеют расширенный диапазон спектрального пропускания в дальнюю ИК-область до 67 мкм. Следует отметить, что из данных кристаллов вследствие их пластичности и отсутствия эффекта спайности изготавливают оптические изделия (окна, призмы, линзы, пленки) методом горячего прессования и методом экструзии ИК-световоды с расширенным диапазоном пропускания от 2 до 25 мкм.The existing problem is solved due to the fact that crystals of solid solutions containing from 1.0 to 20.0 wt.% AgBr in TlI and the modes of their preparation were developed. The crystals are resistant to long-term (more than 10 hours) UV irradiation (λ = 290-360 nm), radiation-resistant to gamma radiation (at a dose of more than 1000 kGy), have a high refractive index (n = 2.35-2.53 at λ = 10.6 μm), which is necessary to create various photonic-crystal structures of crystal-based optical fibers, have an expanded range of spectral transmission in the far infrared region to 67 μm. It should be noted that, due to their plasticity and lack of cleavage effect, these crystals are used to fabricate optical products (windows, prisms, lenses, films) by hot pressing and by extrusion of infrared optical fibers with an extended transmission range from 2 to 25 μm.
Пример 1.Example 1
Гидрохимическим методом проводят синтез однофазных твердых растворов в виде дисперсных высокочистых солей состава мас.%:The hydrochemical method performs the synthesis of single-phase solid solutions in the form of dispersed high-purity salts of the composition wt.%:
Соли высушивают, загружают в ампулы из стекла «пирекс» и помещают в ростовую печь, реализующую метод Бриджмена. Расплавление солей осуществляют при температуре верхней зоны (ВЗ) печи 470°С, нижней зоны (НЗ) печи 250°С. Ампулы с расплавом перемещают в печи из высокотемпературной области (ВЗ) в низкотемпературную область (НЗ) со скорость 0,2 мм/ч (скорость роста кристаллов) и выращивают кристаллы при температурном осевом градиенте 60°С/см в зоне кристаллизации.The salts are dried, loaded into ampoules made of Pyrex glass and placed in a growth furnace that implements the Bridgman method. Melting of salts is carried out at a temperature of the upper zone (OZ) of the furnace 470 ° C, the lower zone (NC) of the
Методом горячего прессовании из части кристалла изготавливают оптическую пластину диаметром 10 мм, толщиной 1 мм, с показателем преломления 2,53 на длине волны излучения СО2 лазера (10,6 мкм). Спектральное пропускание составляет от 0,56 до 67,0 мкм. При ультрафиолетом (УФ) облучении пластины в течениt 10 часов и более в диапазоне длин волн 290-360 нм излучением мощностью 2 Вт спектральное пропускание не изменяется (фиг. 2). При гамма-облучении пластины дозой до 1000±150 кГр спектральное пропускание не изменяется.By hot pressing, an optical plate with a diameter of 10 mm, 1 mm thick, and a refractive index of 2.53 at a radiation wavelength of a CO 2 laser (10.6 μm) is made from a part of the crystal. Spectral transmittance is from 0.56 to 67.0 μm. With ultraviolet (UV) irradiation of the plate for 10 hours or more in the wavelength range of 290-360 nm with a radiation power of 2 W, the spectral transmission does not change (Fig. 2). With gamma irradiation of a plate with a dose of up to 1000 ± 150 kGy, the spectral transmission does not change.
Пример 2.Example 2
Гидрохимическим методом получают высокочистые соли состава, мас.%:Hydrochemical method get high-purity salts of the composition, wt.%:
Затем выращивают кристалл, как в примере 1 при температуре ВЗ 460°С, НЗ 255°С, температурном осевом градиенте 55°С на см в зоне кристаллизации и скорости роста 0,3 мм/ч. Изготавливают пластины, измеряют показатель преломления - 2,43 на длине волны 10,6 мкм и определяют спектральное пропускание, которое составляет величину от 0,55 до 65,0 мкм. При облучении пластины УФ более 9 часов и при гамма-облучении дозой 950±135 кГр спектральное пропускание не изменяется (фиг. 2).Then, a crystal is grown, as in Example 1, at a temperature of ВЗ 460 ° С, НЗ 255 ° С, axial temperature gradient of 55 ° С per cm in the crystallization zone and a growth rate of 0.3 mm / h. Plates are made, a refractive index of 2.43 is measured at a wavelength of 10.6 μm, and spectral transmittance is determined, which is between 0.55 and 65.0 μm. When the UV plate is irradiated for more than 9 hours and with gamma irradiation with a dose of 950 ± 135 kGy, the spectral transmission does not change (Fig. 2).
Пример 3.Example 3
Эксперименты проводят аналогично примеру 1 и выращивают кристаллы, содержащие в мас.%:The experiments are carried out analogously to example 1 and grow crystals containing in wt.%:
при температуре ВЗ 450°С, НЗ 250°С, температурном осевом градиенте 50°С на см в зоне кристаллизации и скорости роста 0,4 мм/ч. Изготавливают оптическую пластину с показателем преломления 2,35 на длине волны излучения СО2-лазера, которую облучают УФ более 8 часов, и гамма-облучением более 800±120 кГр, при этом спектральное пропускание не изменяется. Диапазон спектрального пропускания пластины без окон поглощения составляет от 0,50 до 60,0 мкм (фиг. 2).at a temperature of ВЗ 450 ° С,
Кристаллы твердых растворов не вырастают вследствие полиморфных превращений при содержании бромида серебра в иодиде одновалентного таллия (для правой части системы) менее 1 мас.% либо более 20 мас.%.Crystals of solid solutions do not grow due to polymorphic transformations when the content of silver bromide in the monovalent thallium iodide (for the right side of the system) is less than 1 wt.% Or more than 20 wt.%.
Технический результатTechnical result
Кристаллы системы AgBr-TlI для правой части диаграммы, где существуют устойчивые твердые растворы, содержат от 1,0 до 20,0 мас.% AgBr в TlI, по сравнению с кристаллами в прототипе состава от 0,5 до 12,0 мас.% TlI в AgBr и обладают следующими преимуществами:The crystals of the AgBr-TlI system for the right side of the diagram, where stable solid solutions exist, contain from 1.0 to 20.0 wt.% AgBr in TlI, compared with crystals in the prototype composition from 0.5 to 12.0 wt.% TlI in AgBr and have the following advantages:
1. Расширен диапазон прозрачности кристаллов до дальней ИК области спектра, т.е. спектральное пропускание составляет от 0,5 до 67,0 мкм, в прототипе от 0,4 до 40,0 мкм (фиг. 2).1. The range of transparency of crystals is expanded to the far infrared region of the spectrum, i.e. spectral transmittance is from 0.5 to 67.0 μm, in the prototype from 0.4 to 40.0 μm (Fig. 2).
2. Кристаллы устойчивы к длительному УФ-облучению (более 10 часов).2. The crystals are resistant to prolonged UV radiation (more than 10 hours).
3. Кристаллы устойчивы к радиационному гамма-облучению дозой до 1000 кГр и более (примеры 1-3).3. The crystals are resistant to radiation gamma radiation with a dose of up to 1000 kGy or more (examples 1-3).
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017146131A RU2668247C1 (en) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | Method for producing crystals of solid solutions of halogenides of silver and thallia (i) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017146131A RU2668247C1 (en) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | Method for producing crystals of solid solutions of halogenides of silver and thallia (i) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2668247C1 true RU2668247C1 (en) | 2018-09-27 |
Family
ID=63669077
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017146131A RU2668247C1 (en) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | Method for producing crystals of solid solutions of halogenides of silver and thallia (i) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2668247C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2758552C1 (en) * | 2021-03-05 | 2021-10-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | METHOD FOR OBTAINING HIGHLY TRANSPARENT CRYSTALLINE CERAMICS BASED ON TWO SOLID SOLUTIONS OF THE AgBr - TlBr0,46I0,54 SYSTEM (OPTIONS) |
RU2762966C2 (en) * | 2019-09-02 | 2021-12-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) | METHOD FOR PRODUCING HIGHLY TRANSPARENT CRYSTALLINE CERAMICS BASED ON TWO SOLID SOLUTIONS OF AgBr-TlI SYSTEM (OPTIONS) |
RU2780732C1 (en) * | 2022-03-05 | 2022-09-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method for producing terahertz nanocrystalline optical fibers of the agbr-agi system |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2413253C2 (en) * | 2009-02-24 | 2011-02-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Optical monocrystal |
-
2017
- 2017-12-26 RU RU2017146131A patent/RU2668247C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2413253C2 (en) * | 2009-02-24 | 2011-02-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Optical monocrystal |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
КОРСАКОВ А.С. и др. СИНТЕЗ НОВЫХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛОВ AgBr-TlI, AgCl х Br 1-x, В ТОМ ЧИСЛЕ ЛЕГИРОВАННЫХ TlI, "Цветные металлы", 2010, N1, стр.69-72. КОРСАКОВ А.С. и др. Термодинамическое исследование кристаллов системы AgBr-TlI и получение ИК-световодов нанокристаллической структуры на их основе, "Цветные металлы", 2013, N4, стр.62-76. KORSAKOV A. et al. Crystals based on solid solution of Ag 1−x Tl x Br 1−x I x for the manufacturing of IR fibers, "CHINESE OPTICS LETTERS", 2015, vol.13, No.9, pp. 090602. * |
КОРСАКОВ А.С. и др., Кристаллы для ИК-волоконной оптики. Физико-химические основы получения кристаллов твердых растворов галогенидов серебра и таллия для ИК-волоконной оптики, "LAP Lambert Academic Publishing", 2011, стр.83-109. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2762966C2 (en) * | 2019-09-02 | 2021-12-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) | METHOD FOR PRODUCING HIGHLY TRANSPARENT CRYSTALLINE CERAMICS BASED ON TWO SOLID SOLUTIONS OF AgBr-TlI SYSTEM (OPTIONS) |
RU2758552C1 (en) * | 2021-03-05 | 2021-10-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | METHOD FOR OBTAINING HIGHLY TRANSPARENT CRYSTALLINE CERAMICS BASED ON TWO SOLID SOLUTIONS OF THE AgBr - TlBr0,46I0,54 SYSTEM (OPTIONS) |
RU2780732C1 (en) * | 2022-03-05 | 2022-09-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method for producing terahertz nanocrystalline optical fibers of the agbr-agi system |
RU2798232C1 (en) * | 2022-12-08 | 2023-06-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | METHOD FOR OBTAINING SILVER HALIDE LIGHT GUIDES BASED ON AgClAgCl 0.25Br0.75 - AgI NANOCERAMICS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhukova et al. | Domestic developments of IR optical materials based on solid solutions of silver halogenides and monovalent thallium | |
Romanov et al. | On the origin of near-IR luminescence in Bi-doped materials (II). Subvalent monocation Bi+ and cluster Bi 5 3+ luminescence in AlCl 3/ZnCl 2/BiCl 3 chloride glass | |
RU2668247C1 (en) | Method for producing crystals of solid solutions of halogenides of silver and thallia (i) | |
Zhukova et al. | Highly transparent ceramics for the spectral range from 1.0 to 60.0 µm based on solid solutions of the system AgBr–AgI–TlI–TlBr | |
CN107021462A (en) | Selenium gallium zinc barium compound, selenium gallium zinc barium infrared nonlinear optical crystal and its production and use | |
Salimgareev et al. | Synthesis of the AgBr–AgI system optical crystals | |
Salimgareev et al. | Crystals of AgBr–TlBr0. 46I0. 54 system: Synthesis, structure, properties, and application | |
Lucas et al. | Glasses to see beyond visible | |
Shi et al. | Multiphase transition toward colorless bismuth–germanate scintillating glass and fiber for radiation detection | |
Salimgareev et al. | Investigation of the TlBr0. 46I0. 54–AgI phase diagram within the AgBr–AgI–TlBr–TlI system for optical materials synthesis | |
Salimgareev et al. | Optical ceramics based on TlCl0. 74Br0. 26–AgI system transparent from visible to far IR region | |
RU2413253C2 (en) | Optical monocrystal | |
Salimgareev et al. | Synthesis of optical materials based on the TlBr0. 46I0. 54–AgI system and investigation of their optical properties | |
Avdienko et al. | Optical properties of thallium mercury iodide | |
Zhukova et al. | AgCl x Br 1− x and AgCl x Br y I 1− x− y crystals for IR engineering and optical fiber cables | |
Salimgareev et al. | Optical materials for IR fiber optics based on solid solutions of AgCl0. 25Br0. 75–TlCl0. 74Br0. 26, AgCl0. 25Br0. 75–TlBr0. 46I0. 54 systems | |
RU2787656C1 (en) | METHOD FOR OBTAINING TERAHERTZ SILVER HALIDE SINGLE CRYSTALS OF AgCl0.25 Br0.75 - AgI SYSTEM | |
RU2790541C1 (en) | TERAHERTZ CRYSTAL OF THE SYSTEM TlBr0.46 I0.54 - AgI | |
Babkina et al. | Temperature effect on spectral properties of cesium lead bromide perovskite nanocrystals in borogermanate glass | |
RU2780732C1 (en) | Method for producing terahertz nanocrystalline optical fibers of the agbr-agi system | |
RU2818885C1 (en) | METHOD OF PRODUCING OPTICAL NANOCERAMICS BASED ON SOLID SOLUTIONS OF THE SYSTEM TlBr0_46I0_54 - AgCl0_25Br0_75 (VERSIONS) | |
Ramsperger et al. | The preparation of large single crystals | |
RU2779713C1 (en) | Terahertz nanocrystalline ceramics | |
RU2756580C2 (en) | Terahertz crystal | |
RU2495459C1 (en) | Optical monocrystal |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191227 |