RU2691334C1 - СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ СТЕКЛО/δ*-Вi2O3+Bi2SiO5 В СИСТЕМЕ Bi2O3-SiO2 (Варианты) - Google Patents
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ СТЕКЛО/δ*-Вi2O3+Bi2SiO5 В СИСТЕМЕ Bi2O3-SiO2 (Варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2691334C1 RU2691334C1 RU2018136805A RU2018136805A RU2691334C1 RU 2691334 C1 RU2691334 C1 RU 2691334C1 RU 2018136805 A RU2018136805 A RU 2018136805A RU 2018136805 A RU2018136805 A RU 2018136805A RU 2691334 C1 RU2691334 C1 RU 2691334C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heterostructure
- glass
- cooling
- sio
- minutes
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 58
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 title abstract description 17
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 title description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 title description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 title description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 title description 2
- WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N bismuth(III) oxide Inorganic materials O=[Bi]O[Bi]=O WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 18
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 14
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 abstract description 4
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002226 superionic conductor Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 abstract 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 22
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 20
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 17
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 16
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000009862 microstructural analysis Methods 0.000 description 6
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 5
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 5
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 4
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 4
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Chemical compound O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 229910005793 GeO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 3
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 3
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 3
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 3
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- FAPDDOBMIUGHIN-UHFFFAOYSA-K antimony trichloride Chemical compound Cl[Sb](Cl)Cl FAPDDOBMIUGHIN-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 2
- PSCMQHVBLHHWTO-UHFFFAOYSA-K indium(iii) chloride Chemical compound Cl[In](Cl)Cl PSCMQHVBLHHWTO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000000048 melt cooling Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000413261 Esmeralda Species 0.000 description 1
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001575980 Mendoza Species 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 125000005526 alkyl sulfate group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- QGAVSDVURUSLQK-UHFFFAOYSA-N ammonium heptamolybdate Chemical compound N.N.N.N.N.N.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Mo].[Mo].[Mo].[Mo].[Mo].[Mo].[Mo] QGAVSDVURUSLQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- SFOQXWSZZPWNCL-UHFFFAOYSA-K bismuth;phosphate Chemical compound [Bi+3].[O-]P([O-])([O-])=O SFOQXWSZZPWNCL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- -1 cid Species 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- DQUIAMCJEJUUJC-UHFFFAOYSA-N dibismuth;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Bi+3].[Bi+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O DQUIAMCJEJUUJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N diethanolamine Chemical compound OCCNCCO ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HRKQOINLCJTGBK-UHFFFAOYSA-N dihydroxidosulfur Chemical compound OSO HRKQOINLCJTGBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N germanium oxide Inorganic materials O=[Ge]=O YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N hydron;methyl 4-methoxypyridine-2-carboxylate;chloride Chemical compound Cl.COC(=O)C1=CC(OC)=CC=N1 RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- RJMMFJHMVBOLGY-UHFFFAOYSA-N indium(3+) Chemical compound [In+3] RJMMFJHMVBOLGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N iron(2+);dinitrate Chemical compound [Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005580 one pot reaction Methods 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N oxogermanium Chemical class [Ge]=O PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 230000000886 photobiology Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 229910052959 stibnite Inorganic materials 0.000 description 1
- YPMOSINXXHVZIL-UHFFFAOYSA-N sulfanylideneantimony Chemical compound [Sb]=S YPMOSINXXHVZIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Chemical compound CC(N)=S YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Natural products CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/08—Silica
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/18—Arsenic, antimony or bismuth
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- 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
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- 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
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/20—Silicates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G29/00—Compounds of bismuth
-
- 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
- C30B29/34—Silicates
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области химии и может быть использовано в качестве суперионного проводника с защитным слоем и фотокатализатора с регулируемой активностью и с защитным слоем. Способ получения регулируемой гетероструктуры 
Bi2O3+Bi2SiO5 включает предварительное механическое смешивание исходных порошков, помещение их в платиновый тигель, нагрев до 1047°С±20°С - 1230±20°С, выдерживание не менее 15 мин с последующим охлаждением со скоростью 3-100°С/с (первый вариант) или охлаждением со свободной скоростью, не вынимая из печи, до 1020°С±20°С - 1047±20°С, выдерживанием не менее 15 мин и охлаждением со скоростью 3-1000°С/с (второй вариант). Изобретение позволяет создавать двухслойные гетероструктуры (состоящие из двух видов кристаллов - 
-Bi2O3 и Bi2SiO5 и стекла) без посторонних примесных фаз и загрязнений с помощью простой термической обработки, что существенно снижает не только временные, но и экономические затраты на производство и обеспечивает возможность легко и просто создавать материал с уже заданными технологическими свойствами, меняя как соотношение между самими кристаллическими фазами, так и соотношение «кристалл/стекло». 2 н.п. ф-лы, 9 ил.
Description
Способ относится к области химии и может быть использован в качестве супер ионного проводника с защитным слоем и фотокатализатора с регулируемой активностью и с защитным слоем.
В работе [Kun-Le Jia, Jin Qu, Shu-Meng Нао, Fei An, Ya-Qiong Jing, Zhong-Zhen Yu. One-pot synthesis of bismuth silicate heterostructures with tunable morphology and excellent visible light photodegradation performances // Journal of Colloid and Interface Science 506 (2017) 255-262] был предложен гидротермальный способ синтеза гетероструктур в системе Bi2O3-SiO2. Для этого 972 мг Bi(NO3)3⋅5H2O добавляли в 40 мл деионизированной воды в качестве раствора А, а 0,25 ммоль СТАВ растворяли в 10 мл деионизированной воды, как раствор Б. После перемешивани раствора А в течение 30 мин, добавляли раствор В. В полученный раствор добавляли 444 мкл TEOS и его значение рН затем доводили до 9 путем капания NH3⋅H2O при энергичном перемешивании. После дополнительного перемешивания в течение 0,5 ч при комнатной температуре смесь переносили в 100 мл автоклав, покрытый тефлоном. После того, как автоклав запечатывали и нагревали до 180°С в течение 24 часов, его охлаждали до комнатной температуры, естественным путем. Наконец, осадки собирали центрифугированием, промывали деионизированной водой и этанолом несколько раз и сушили в печи при 80°С в течение 10 часов.
Однако при использовании данного способа не достигается:
1. быстрое получение искомой фазы, т.к. указанный способ является не только более трудоемким, в виду большого количества технологических операций, но еще и очень длительным по времени (более 37 часов);
2. использование в аналоге дополнительного оборудования (автоклав, центрифуги и т.д.), усложняет и удорожает процесс получения гетероструктуры;
3. введение в раствор дополнительных компонентов реакции, а также постоянное его перемещение (промывка, обработка в центрифуге и т.д.) создают существенный риск загрязнения конечного материала посторонними веществами.
Похожие способы синтеза гетероструктур, имеющие схожие с данным аналогом недостатки и основанные на гидротермальном синтезе, также подробно рассмотрены в работах:
1. Amar Al-Keisya, Long Ren, Tian Zheng, Xun Xu, Michael Higgins, Weichang Hao, and Yi Du. Enhancement of charge separation in ferroelectric heterogeneous photocatalyst Bi4(SiO4)3/Bi2SiO5 nanostructures // Dalton Trans., 2017, DOI: 10.1039/C7DT03193A;
2. Liang Shi, Chonglei Xu, Xun Sun, Hua Zhang, Zhaoxin Liu, Xiaofei Qu, and Fanglin Du. Facile fabrication of hierarchical BiVO4/TiO2 heterostructures for enhanced photocatalytic activities under visible-light irradiation // Chemical routes to materials, https://doi.org/10.1007/s10853-018-2442-x;
3. Yimai Liang, Na Guo, Linlin Li, Ruiqing Li, Guijuan Ji, Shucai Gan. Fabrication of porous 3D flower-like Ag/ZnO heterostructure composites with enhanced photocatalytic performance. Applied Surface Science (2015), http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.01.116;
4. Wenjun Wang, Hefeng Cheng, Baibiao Huang, Xiaolei Liu, Xiaoyan Qin, Xiaoyang Zhang, Ying Dai. Hydrothermal synthesis of C3N4/BiOIO3 heterostructures with enhanced photocatalytic properties // Journal of Colloid and Interface Science 442 (2015) 97-102;
5. Di Liu, Wenqing Yao, Jun Wang, Yanfang Liu, Mo Zhang, Yongfa Zhu. Enhanced visible light photocatalytic performance of a novel heterostructured Bi4O5Br2/Bi24O31Br10/Bi2SiO5photocatalyst // Applied Catalysis B: Environmental 172 (2015) 100-107.
В работе [Andriy V. Kozytskiy, Oleksandr L. Stroyuk, Mykola A. Skoryk, Volodymyr M. Dzhagan, Stepan Ya. Kuchmiy, Dietrich R.T. Zahn. Photochemical formation and photoelectrochemical properties of TiO2/Sb2S3 heterostructures // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 303 (2015) 8-16] был предложен способ синтеза гетероструктур методом осаждения. Этанол и 2-пропанол высушивали при продолжительном кипении свежеотжатым СаО; с последующей дистилляцией. Пленки Titania на FTO (FTO/TiO2) были приготовлены по методике: в 0,45 г этилцеллюлозы растворяли в 7,3 г (9 мл) n-бутанола, затем добавляли 1,8 г глицерина. Раствор кипятили с обратным холодильником до полной гомогенизации и смешивали с 0,9 г порошка Р25 титана. Суспензию помещали в ультразвуковую ванну в течение 1 ч, затем кипятили с обратным холодильником при 80°С в течение 30 мин. Полученную пасту наносили на FTO методом док-лезвия, поддерживая толщину слоя, равную одному слою скотч-ленты. Пленки сушили при 70°С в течение 30 мин и отжигали при 450°С на воздухе в течение 1 часа.
Фотокаталитическое осаждение Sb2S3 на поверхности пленок TiO2 проводили из растворов этанола, содержащих SbCl3 (0,01М) и S8 (0,002М в пересчете на элементарную серу) в оптических стеклянных кюветах при непрерывном течении аргона. Раствор (5 мл) эвакуировали и освещали сфокусированным ультрафиолетовым светом (λ=310-390 нм) из ртутной лампы высокого давления мощностью 1000 Вт с интенсивностью 20 мВт/см2. Затем осажденные пленки аморфного Sb2S3 отжигались при 330°С в потоке аргона.
Пленки гидроксилсульфида индия (III) Inx(OH)ySz осаждались на поверхности TiO2. 20 мл водного 0,1М раствор тиоацетамида и 0,025М InCl3 нагревали до 70°С, затем добавляли водный раствор 0,25М раствора уксусной кислоты. После этого пленку FTO/TiO2 погружали в раствор и выдерживали в течение 10, 15, 20 или 40 минут, чтобы варьировать количество Inx(OH)ySz. Пленки SbO (ОН) на поверхности сульфида сурьмы осаждали, удерживая пленки FTO/TiO2/Sb2S3 погруженными в 0,01М SbCl3 в этаноле в течение 5 мин. с последующим погружением пленки в дистиллированную воду. Эта последовательная процедура повторялась до трех раз. Слой SbO (ОН) образуется в результате быстрого гидролиза SbCl3 при нейтральном рН.
Однако, при использовании данного способа не достигается:
1. быстрое получение искомой фазы, т.к. указанный способ является не только более трудоемким, в виду огромного количества технологических операций, но еще и очень длительным по времени;
2. использование в аналоге дополнительного оборудования (ультразвуковые установки, холодильники, баллоны с аргоном и средства его подачи, установки облучения ультрафиолетом и т.д.), существенно усложняет и удорожает процесс получения гетероструктуры;
3. введение в раствор дополнительных компонентов реакции, а также постоянное его перемещение создают существенный риск загрязнения конечного материала посторонними веществами.
Похожие способы синтеза гетероструктур, имеющие схожие с данным аналогом недостатки и основанные на разных способах осаждения, также подробно рассмотрены в работах:
1. R. Loganathan, М. Jayasakthi, К. Prabakaran, R. Ramesh, P. Arivazhagan, К. Baskar. Studies on dislocation and surface morphology of AlxGa1-xN/GaN heterostructures grown by MOCVD // Journal of Alloys and Compounds 616(2014) 363-371;
2. Subhash Chand and Rajender Kumar. Electrical characterization of Ni/n-ZnO/p-Si/Al heterostructure fabricated by pulsed laser deposition technique // Journal of Alloys and Compounds, Accepted Date: 6 June 2014, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.06.042;
3. B.C. Luo, J. Wang, M.M. Duan, К.X. Jin, C.L. Chen. Synthesis and transport properties of Ca3Co4O9/ZnO heterostructure // Materials Letters 120 (2014) 133-135;
4. S. Upadhyay, A. Mandal, N. В. V. Subrahmanyam, P. Singh, P. Shete, B. Tongbram, S. Chakrabarti. Effects ofhigh-energy proton implantation on the luminescence properties of InAs submonolayer quantum dots // Journal of Luminescence 171 (2016) 27-32;
5. Yanqin Wang, Xiaofang Cheng, Xiaoting Meng, Hongwu Feng, Shaogui Yang, Cheng Sun. Preparation and characterization of Ag3PO4/BiOI heterostructure photocatalyst with highly visible-light-induced photocatalytic properties // Journal of Alloys and Compounds 632 (2015) 445-449;
6. Xiuzhen Zheng, Danzhen Li, Xiaofang Li, Jing Chen, Changsheng Cao, Jialin Fang, Jubao Wang, Yunhui He, Yi Zheng. Construction of ZnO/TiO2photonic crystal heterostructures forenhanced photocatalytic properties // Applied Catalysis B: Environmental 168 (2015) 408-415.
В работе [Hong-Jian Feng, M. Wang, F. Liu, B. Duan, J. Tian, X. Guo. Enhanced optical properties and the origin of carrier transport in BiFeO3/TiO2 heterostructures with 109° domain walls // Journal of Alloys and Compounds 628 (2015) 311-316] был предложен способ синтеза гетероструктур с помощью золь-гель метода. Золи BFO были приготовлены с использованием нитрата железа, нитрата висмута и уксусной кислоты в виде растворов веществ и 2-метоксиэтанола в качестве раствора. Раствор доводили до значения рН 4-5 путем добавления азотной кислоты. Затем к раствору добавляли лимонную кислоту в молярном соотношении 1:1 по отношению к нитратам металла в качестве комплексообразователя. Смесь перемешивали в течение 24 ч с получением золя. Конечная концентрация предшественника составляла 0,3 моль/л. Пленки были покрыты спиртом на стеклянных подложках с точки зрения его рентабельного применения. После каждого спинового покрытия пленки сушили при 80°С в течение 2 часов. Полученные пленки отжигали при 500°С на воздухе в течение 3 часов. Толщина пленок может контролироваться количеством слоев, покрытых спин-покрытием. Раствор предшественника ТО получали путем смешивания соответствующих количеств тетрабутилтитаната, растворенного в этаноле, и диэтаноламине, по каплям добавляя к перемешиваемому раствору в течение 2 часов. Пленки ТО фильтровали на пленках BFO и прокаливали при 500°С в течение 1 часа с толщиной пленок, контролируемых покрытыми слоями.
Однако, при использовании данного способа не достигается быстрое получение искомой фазы, т.к. указанный способ является не только более трудоемким, в виду большого количества технологических операций, но еще и длительным по времени.
Похожий способ синтеза гетероструктур, имеющий схожие с данным аналогом недостатки и основанный на золь-гель методе, также подробно рассмотрен в работе: Bilal Masood Pirzada, Niyaz A. Mirl, Nida Qutub, Owais Mehraj, Suhail Sabir M, M. Muneer. Synthesis, characterization and optimization of photocatalytic activityof TiO2/ZrO2 nanocomposite heterostructures. Materials Science and Engineering В 193 (2015) 137-145.
Сложный комбинированный способ синтеза был предложен отечественными учеными [В.А. Кутвицкий, О.В. Сорокина, Л.П. Маслов. Гетероструктуры на основе висмутсодержащих оксидных фаз и их использование в целях аналитического контроля. Часть 1. // Москва, МИТХТ, 2012]. В данной работе приведено несколько способов синтеза.
Способ 1. Технология синтеза многослойных гетерогенных образцов сравнения (МГОС):
Подготовка соединяемого материала (монокристаллические подложки). Монокристаллы соединений, участвующих в создании гетероструктуры, выращивали из расплава по методу Чохральского и нарезали на пластины. Затем проводилась процедура создания макрорельефа на поверхности пластин. Для этого их обезжиривали (карбонат натрия 6-10 мл, силикат натрия 5-10 мл, вторичный алкилсульфат «Прогресс» 15-20 мл) при температуре 80-90°С в течение 20-30 минут, с последующей промывкой в кипящей дистиллированной воде. После обезжиривания пластины сушили на воздухе. Затем на них наносили пленку фоторезиста марки ФП-25, на установке вертикального втягивания. После чего экспонировали полученный слой путем засвечивания фоторезиста в необходимых участках платины. Проявляли фоторозист в 0,8% растворе КОН марки о.с.ч. в течение 30-40 сек. После проявки промывали проточной водой до полного удаления щелочи и сушили, с последующим повторением задубливания. Температура повторного задубливания 140-150°С, а время - 1,5-2 ч.
Подготовка соединяющего материала. Исходные оксиды отжигали в муфельной печи до окончания убыли массы. Затем из отожженных оксидов готовили навески в нужном стехиометрическом соотношении, перетирали в агатовой ступке 1,5-2 часа и прессовали в таблетки. Эти таблетки на керамической подложке помещали печь для твердофазного синтеза (температура и время не указано). Каждые 20 часов синтеза, проводили промежуточное перетирание для гомогенизации. После окончания синтеза, соединение перетирали в агатовой ступке и помещали между слоями монокристаллических пластин в печь, в которой происходило плавление соединения. Температура нагрева выбиралась на несколько десятков градусов выше ликвидуса данного соединения. После процедуры наплавления, полученный материал шлифовали и полировали. Подобных слоев изготавливалось 5-6.
Способ 2. Формирование газочувствительного слоя на поверхности германоэвлитина. На поверхности монокристаллических подложек висмутсодержащих соединений при их обработке концентрированной ортофосфорной кислотой, образуется слой осадка одного и того же состава, соответствующего ортофосфату висмута. Использование слоя осадка в качестве сенсорного элемента гетероструктуры, возможен, лишь при активации его путем тех или иных примесей или модифицирования. Поэтому вначале проводили химическую обработку порошка висмутсодержащего оксида до полного превращения его в ортофосфат. Полученный порошок сушили на воздухе при комнатной температуре в течение 48 ч., после чего обрабатывали насыщенным раствором гептамолибдата аммония, затем сушили 1 ч. на воздухе и насыщали МФК. Затем образец выдерживали 72 часа на воздухе при комнатной температуре, после чего проводили отжиг при 300°С в течение 2-х часов.
Однако, при использовании данного способа не достигается:
1. быстрое получение искомой фазы, т.к. указанный способ является не только более трудоемким, в виду огромного количества технологических операций, но еще и очень длительным по времени;
2. использование в аналоге дополнительного оборудования, существенно усложняет и удорожает процесс получения гетероструктуры;
3. введение в раствор дополнительных компонентов реакции, а также постоянное его перемещение создают существенный риск загрязнения конечного материала посторонними веществами.
Следует также отметить еще два способа синтеза гетероструктур, имеющие схожие с вышеперечисленными аналогами недостатки:
1. Nguyen Dang Phu, Luc Huy Hoang, Peng-Cheng Guo, Xiang-Bai Chen, Wu Ching Chou. Study of photocatalytic activities of Bi2WO6/BiVO4 nanocomposites;
2. A.G. Nunez-Briones, L.A. Garcia-Cerda, 
M.A. 
, B.A. Puente-Urbina, E. Mendoza-Mendoza. Synthesis, structural characterization and photocatalytic activity of Bi-based nanoparticles // DR ESMERALDA MENDOZA Orcid ID: 0000-0001-9927-1895.
Общий вывод по аналогам: указанные аналоги в большинстве своем требуют очень большого количества технологических операций с использованием дополнительного оборудования, а также весьма длительны по времени. Это влечет за собой большие затраты, сильно усложняет и удорожает получение гетероструктур.
Наиболее близким к заявляемому способу является прототип, описание которого приведено в работе [В.В. Борисова, Е.В. Миронова, Е.С. Брагина, И.А. Бондарь. Синтез и физические характеристики стекол в системе Bi2O3-SiO2-GeO2-MoO3, используемых в качестве элементов сенсорных гетероструктур // Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) #12 (45), 2017| ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ] предложили твердофазный способ синтеза. В качестве исходных веществ для получения стекловидных образцов использовали Bi2O3 (ТУ 6-09-3558-78) и GeO2 (ТУ 6-09-1418-76) квалификации «ос.ч», SiO2 (ГОСТ 9428-73) квалификации «ч.д.а», МоО3 (ТУ 6-09-4471-77) квалификации «ч». Сначала, путем твердофазного синтеза оксидов висмута, кремния и германия были получены соединения со структурой эвлитина 2Bi2O3:3ЭО2 (где Э - Ge, Si). MoO3 вводили в виде соединения с Bi2O3 при соотношении компонентов 2:3. Процесс твердофазного синтеза для всех соединений проводили при температуре 750°С в течение 48 часов, что обеспечивало 95%-ный выход продуктов реакций. Из полученных соединений готовили шихту массой около 12 г, содержание компонентов в которой составляло: Bi2O3 - 80% масс., МоО3 - 3% масс., SiO2 - от 5% масс., до 11% масс., GeO2. - до 100% массы. Навески помещали в агатовую ступку и тщательно перемешивали в течение 15 минут для гомогенизации смеси. Готовую смесь переносили в корундовый тигель, который ставили в предварительно нагретую до температуры 500°С муфельную печь и выдерживали в течение 30 минут при данной температуре для улучшения распределения MoO3. Затем температуру в печи повышали до 1150°С, шихту плавили при указанной температуре и выдерживали в течение 2 часов, перемешивая каждые 30 минут после расплавления. После гомогенизации расплава производили закалку образцов в «холодный» металлический тигель (диаметр основания не менее 20 мм.). При этом получали образцы в форме диска диаметром не менее 20 мм и толщиной 2-3 мм. Для снятия внутренних напряжений и соответственно, улучшения прочностных характеристик синтезированные стекла отжигали в муфельной печи при температуре 350°С в течение 9 часов.
Однако, при использовании данного способа не достигается:
1. быстрое получение искомой фазы, т.к. указанный способ очень длителен по времени;
2. быстрое получение искомой фазы, т.к. указанный способ включает большое число последовательных технологических операций;
3. использование в синтезе корундового тигля, может привести к загрязнению получаемого материала.
Основная задача изобретения состоит в повышении эффективности процесса получения гетероструктур, а также снижения временных затрат на их получение.
Для достижения поставленной задачи, заявляемый «Способ получения регулируемой гетероструктуры 
в системе Bi2O3-SiO2» содержит следующую совокупность существенных признаков, сходных с прототипом:
1. использование в качестве одних из исходных реагентов чистых Bi2O3 и SiO2;
2. необходимость проведения термической обработки, для успешного синтеза.
По отношению к заявляемому способу указанный прототип имеет следующие отличительные признаки и недостатки:
1. невозможно быстрое получение искомой фазы, т.к. указанный способ очень длителен по времени;
2. невозможно быстрое получение искомой фазы, т.к. указанный способ включает большое число последовательных технологических операций;
3. В виду высокой активности оксида висмута, при нагревании он активно взаимодействует практически со всеми веществами кроме чистой платины и растворяет их. В расплавленном состоянии (выше 825°С) этот процесс идет наиболее интенсивно, поэтому если при твердофазном синтезе и тем более при плавлении данного оксида, использовать корундовый тигель вместо платинового, то это приведет к существенному загрязнению получаемого вещества материалом, из которого изготовлен сам тигель (т.е. корундом).
Между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь.
Выбор граничных параметров температуры начала охлаждения расплава (1047°С±20°С - 1230±20°С) обусловлен высокотемпературными областями расплава, каждая из которых имеет свое, особенное строение. Известно, что на фазовой диаграмме системы Bi2O3 - SiO2 область расплава может быть разделена на 3 температурные зоны А, В и С (фиг. 1) [Каргин В.П. Жереб В.П., Скориков В.М. Стабильное и метастабильное равновесия в системе Bi2O3-SiO2// Журнал неорганической химии. 1991. Т. 36. №10. С. 2611-2616]. Однако, для данного стехиометрического состава (50% мол. Bi2O3 - 50% мол. SiO2), областей расплава будет всего две: «В» и «С» (фиг. 1). Нами было установлено, что из обеих зон, удается получить гетероструктуру . Однако, в виду особенностей и разницы строения расплава в этих зонах, режимы охлаждения для каждой из них будут различными. И сплавление исходных реагентов (1047°С±20°С - 1230±20°С) будет осуществляться исключительно в зоне «С». Это связано с тем, что в более низкой температурной зоне «В» - высокая вязкость расплава. Поэтому сплавление исходных реагентов в ней существенно затруднено и требует значительной по времени выдержки, что является нецелесообразным.
Нижний диапазон температур (1047°С±20°С) выбран согласно диаграмме (фиг. 1) и обозначает нижнюю границу С-зоны. Нагрев же выше верхнего диапазона температур (1230°С±20°С) возможен, но является нецелесообразным в виду более высоких энергетических затрат и более быстрого износа материала тигля.
Выбор граничных параметров выдержки при заданном интервале температур (не менее 15 минут), должен обеспечивать полное взаимное растворение исходных компонентов друг в друге.
Выбор граничных параметров охлаждения.
Вариант 1.
Охлаждение со скоростью 3-100°С/с. Данный режим обусловлен тем, что при перегреве расплава в температурную зону «С» (свыше 1047°С±20°С, фиг. 1), только при скорости охлаждения, сравнимой с охлаждением на воздухе, удается добиться получения гетероструктуры . При более же медленных скоростях охлаждения - расплав не стеклуется и получается не гетероструктура, а чистое кристаллическое соединение Bi2SiO5. При более же высоких скоростях охлаждения, расплав не успевает выровняться по своему составу (в данной зоне он имеет свойство расслаиваться и быть неоднородным) что может привести к реализации совершенного другого состава фаз. Поэтому для температурной зоны «С» (1047°С±20°С-1230±20°С), скорость охлаждения расплава должна быть не слишком большой, но и не слишком медленной, а именно: 3-100°С/сек.
Вариант 2.
Ступенчатое охлаждение. Расплав в тигле, не вынимая из печи, охлаждают со свободной скоростью до температуры зоны «В» (1020°С±20°С-1047±20°С) и выдерживают в ней не менее 15 минут. После чего ведут уже полное охлаждение со скоростью 3-1000°С/с. Данный скоростной интервал объясняется тем, что для зоны «В», в виду особенностей ее строения, нет опасности расслаивания, поэтому расплав можно охлаждать довольно быстро вплоть до закалки в воду (3-1000°С/сек). Но также избегать слишком низких скоростей охлаждения, дабы расплав полностью не перешел в кристаллическое состояние.
Таким образом, одной из важнейших особенностей предлагаемого способа является то, что мы можем создавать «регулируемые» гетероструктуры:
1. регулируя скорость охлаждения (в обеих температурных зонах), можно получать гетероструктуры с разным соотношением стекло/кристаллы;
2. регулируя температуру начала полного охлаждения («С» или «В» зона), можно получать гетероструктуры с разным соотношением стекло/кристаллы 
3. это дает возможность легко и просто создавать материал с уже заданными технологическими свойствами, меняя как соотношение между самими кристаллическими фазами, так и соотношение «кристалл/стекло» с помощью простой термической обработки расплава.
4. температурные и скоростные условия можно комбинировать, для создания уникальных материалов.
Способ иллюстрируется графически, где:
Фиг. 1 - Температурные зоны 1 в области расплава на фазовой диаграмме стабильного равновесия 2 системы Bi2O3 - SiO2;
Фиг. 2 - Фазовая диаграмма метастабильных равновесий системы Bi2O3-SiO2, построенная по результатам охлаждения расплава от температур, лежащих в зоне С;
На Фиг. 3 - Результаты микроструктурного анализа образца гетероструктуры, состава 1:1 мол. % (система Bi2O3 - SiO2), полученного заявляемым способом, по варианту 1 (с большим соотношением кристаллической части к аморфной) общий вид, увеличение - 50 крат;
На Фиг. 4 - Результаты микроструктурного анализа образца гетероструктуры, состава 1:1 мол. % (система Bi2O3 - SiO2), полученного заявляемым способом по варианту 1, общий вид, увеличение - 500 крат;
На Фиг. 5 - Результаты Результаты микроструктурного анализа образца гетероструктуры, состава 1:1 мол. % (система Bi2O3 - SiO2), полученного заявляемым способом по варианту 2, общий вид, увеличение - 50 крат;
На фиг.6 - Результаты микроструктурного анализа образца гетероструктуры, состава 1:1 мол. % (система Bi2O3 - SiO2), полученного заявляемым способом по варианту 2, общий вид, увеличение - 200 крат;
На Фиг. 7 - Результаты рентгенофазового анализа образца гетероструктуры состава 1:1 мол. % (система Bi2O3 - SiO2), полученного заявляемым способом;
На фиг. 8 - Результаты макроструктурного анализа образца гетероструктуры, состава 1:1 мол. % (система Bi2O3 - SiO2), полученного заявляемым способом (с очень малым соотношением кристаллической части к аморфной - на поверхности основного массива стекла образована тончайшая пленка кристаллов), увеличение - 3,2 крат.
На фиг. 9 - Результаты макроструктурного анализа образца гетероструктуры, состава 1:1 мол. % (система Bi2O3 - SiO2), полученного заявляемым способом (с очень малым соотношением кристаллической части к аморфной - на поверхности основного массива стекла образована тончайшая пленка кристаллов), увеличение - 4,0 крат (на красном фоне).
Сущность изобретения поясняется диаграммой, а также результатами рентгенофазового, макро- и микроструктурного анализа.
Нами было установлено, что при сплавлении исходных реагентов в температурном интервале (1047°С±20°С - 1230±20°С), выдержке в нем не менее 15 минут и последующим охлаждении: со скоростью 3-100°С/сек (вариант 1); или со свободной скоростью до температуры зоны «В», выдержки в ней не менее 15 минут и уже полного охлаждения со скоростью 3-1000°С/с (вариант 2) - приводит к надежному формированию гетероструктуры . Это объясняется особенностями строения расплава в зонах «С» и «В» (фиг. 1). При охлаждении из С - зоны, где расплав имеет свойство расслаиваться, скорость охлаждения должна быть не слишком высокой (чтобы расплав успел гомогенизироваться и не привел к образованию нежелательных структур), но и не слишком низкой, чтобы полностью не утратить стекловидную часть получаемой гетероструктуры.
При охлаждении же из В - зоны, где проблемы расслаивания нет, расплав можно охлаждать с довольно высокими скоростями, но также стараться избегать слишком низких скоростей, чтобы полностью не утратить стекловидную часть получаемой гетероструктуры.
Полученные данные подтверждаются макро- и микроструктурным анализом (фиг. 3-4, 8-9), на котором ясно видно двухфазное строение полученного материала в виде двух пластин, одна из которых имеет ярко выраженное кристаллическое строение и состоит из ориентированных определенным образом пластинчатых блоков, а другая - состоит из цельнолитого желтого стекла (светлая часть на фиг. 3-4). Игольчатые блоки - это соединение 
- на микроструктуре, при охлаждении по первому способу, различим плохо, и присутствует в основном объеме фазы Bi2SiO5 в количестве не превышающем 5% (его на фиг. 3-4 не видно).
При охлаждении же по режиму 2 количество 
увеличивается и он проявляется на микроструктуре в виде многочисленных многогранных кристалликов, распложенных как в основном массиве стекла, так и на границе с игольчатой Bi2SiO5 (фиг. 5-6).
Существование именно трехфазной области, состоящей из аморфного материала и смеси двух кристаллических фаз 
без каких либо посторонних примесей и других соединений, подтверждает также рентгенофазовый анализ, приведенный на фиг. 7.
По результатам анализов, представленным на фиг. 3-9, можно сделать вывод о том, что решающую роль при быстром синтезе данной гетроструктуры играет скорость охлаждения расплава, а также температурная область расплава, из которой ведется охлаждение.
Заявляемый «Способ получения регулируемой гетероструктуры 
в системе Bi2O3-SiO2» может быть реализован с помощью следующих материальных объектов:
1. печь - нагревательное устройство с рабочей камерой, обеспечивающее нагревание материала до заданной температуры в интервале до 1230°С;
2. платиновый тигель.
Пример конкретного выполнения:
1. в качестве исходных компонентов берем порошки оксида висмута (Bi2O3) и диоксида кремния (SiO2) в соотношении 50:50 мол. %;
2. исходные реагенты помещаем в платиновый тигель и перемешиваем платиновым шпателем или металлической ложкой;
3. нагреваем смесь до 1200°С с выдержкой 1 час;
4. достаем тигель с расплавом из печи и остужаем его на воздухе.
Как показали результаты опытной проверки, при использовании заявляемого способа обеспечивается достижение следующих результатов:
1. получена двухслойная гетероструктура, состоящая из двух видов кристаллов 
и стекла, лишенная загрязнений и посторонних примесных фаз;
2. заявляемый способ требует намного меньше времени на синтез, чем все известные современные аналоги, приведенные выше, что существенно снижает не только временные, но также и экономические затраты на производство.
3. заявляемый способ не требует никакого дополнительного оборудования, только тигель и печь. Это существенно упрощает процесс синтеза и делает его экономически более выгодным;
4. заявляемый способ позволяет создавать уникальные «регулируемые» гетероструктуры с помощью простой термической обработки. Это дает возможность легко и просто создавать материал с уже заданными технологическими свойствами, меняя как соотношение между самими кристаллическими фазами, так и соотношение «кристалл/стекло» с помощью простой термической обработки расплава.
Claims (2)
1. Способ получения регулируемой гетероструктуры 
-Bi2O3+Bi2SiO5, включающий предварительное механическое смешивание исходных порошков, отличающийся тем, что исходные компоненты - оксид висмута (Bi2O3) и оксид кремния (SiO2) - после быстрого механического смешивания помещают в платиновый тигель, нагревают до 1047°С±20°С - 1230±20°С, выдерживают не менее 15 мин, после чего охлаждают со скоростью 3-100°С/с.
2. Способ получения регулируемой гетероструктуры 
-Bi2O3+Bi2SiO5, включающий предварительное механическое смешивание исходных порошков, отличающийся тем, что исходные компоненты - оксид висмута (Bi2O3) и оксид кремния (SiO2) - после быстрого механического смешивания помещают в платиновый тигель, нагревают до 1047°С±20°С - 1230±20°С, выдерживают не менее 15 мин, после чего охлаждают со свободной скоростью не вынимая из печи до 1020°С±20°С - 1047±20°С, выдерживают не менее 15 мин и затем охлаждают со скоростью 3-1000°С/с.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018136805A RU2691334C1 (ru) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ СТЕКЛО/δ*-Вi2O3+Bi2SiO5 В СИСТЕМЕ Bi2O3-SiO2 (Варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018136805A RU2691334C1 (ru) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ СТЕКЛО/δ*-Вi2O3+Bi2SiO5 В СИСТЕМЕ Bi2O3-SiO2 (Варианты) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2691334C1 true RU2691334C1 (ru) | 2019-06-11 |
Family
ID=66947435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018136805A RU2691334C1 (ru) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ СТЕКЛО/δ*-Вi2O3+Bi2SiO5 В СИСТЕМЕ Bi2O3-SiO2 (Варианты) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2691334C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114669308A (zh) * | 2022-04-01 | 2022-06-28 | 哈尔滨理工大学 | 一种借助电化学法原位反应制备BiOCl/Bi24O31Cl10复合粉体的方法 |
| CN115872363A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-03-31 | 黄河科技学院 | 一种氧空位修饰的碘酸氧铋、其制备方法及在光催化合成过氧化氢中的应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2654968C1 (ru) * | 2017-07-11 | 2018-05-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Способ получения силиката висмута Bi2SiO5 |
-
2018
- 2018-10-18 RU RU2018136805A patent/RU2691334C1/ru active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2654968C1 (ru) * | 2017-07-11 | 2018-05-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Способ получения силиката висмута Bi2SiO5 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| KUN-LE JIA et al., One-pot synthesis of bismuth silicate heterostructures with tunable morphology and excellent visible light photodegradation performances, "Journal of Colloid and Interface Science", 2017, vol. 506, pp. 255-262. * |
| LING ZHANG et al., Solar light photocatalysis using Bi2O3/Bi2SiO5 nanoheterostructures formed in mesoporous SiO2 microspheres, "CrystEngComm", 2013, vol.15, No.6, pp.10043-10048. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114669308A (zh) * | 2022-04-01 | 2022-06-28 | 哈尔滨理工大学 | 一种借助电化学法原位反应制备BiOCl/Bi24O31Cl10复合粉体的方法 |
| CN115872363A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-03-31 | 黄河科技学院 | 一种氧空位修饰的碘酸氧铋、其制备方法及在光催化合成过氧化氢中的应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2691334C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ СТЕКЛО/δ*-Вi2O3+Bi2SiO5 В СИСТЕМЕ Bi2O3-SiO2 (Варианты) | |
| CN106744676A (zh) | 辉光放电合成纳米粒子的装置及其合成方法 | |
| JP5263750B2 (ja) | ナノ針状アナターゼＴｉＯ２結晶集積粒子と多孔質アナターゼＴｉＯ２結晶膜の作製方法 | |
| CN206666112U (zh) | 辉光放电合成纳米粒子的装置 | |
| KR20220128271A (ko) | 비침지 방식을 통한 유리의 이온교환 방법 | |
| CN113200681B (zh) | 一种固化含钼高放核废的萤石基玻璃陶瓷基材的制备方法 | |
| CN102586873A (zh) | 一种Al2O3反蛋白石结构的一步法制备方法 | |
| Lermusiaux et al. | Metal-induced crystallization in metal oxides | |
| RU2693062C1 (ru) | Способ получения гетероструктуры, стекло, обогащенное Si/δ* - Bi2O3/стекло, обогащенное Bi, в системе Bi2O3 - SiO2 | |
| Morales-Mendoza et al. | Structure and optical properties of ZnO and ZnO2 nanoparticles | |
| CN109603864A (zh) | 一种制备Sillén-Aurivillius相Bi4NbO8Br纳米片的方法 | |
| WO2014002574A1 (ja) | 半導体膜の製造方法 | |
| CN102417204A (zh) | 一种溶液化学原位反应合成硫化铅薄膜的方法 | |
| Chakrabarti et al. | BaBi2Ta2O9 based glass-ceramics: influence of ZrO2 on crystallization kinetics, microstructure and dielectric properties | |
| CN102716701B (zh) | 一种超声喷雾制备镍掺杂硅酸铋微米球的方法 | |
| TW201345852A (zh) | 單晶矽提拉用二氧化矽容器及其製造方法 | |
| CN112608167A (zh) | 一种结晶斑纹陶瓷釉水的制备方法 | |
| JP2004026608A (ja) | アルカリ金属を包接する電子伝導性無機化合物 | |
| Zhao et al. | A crystallization method for preparation of anatase-based glass-ceramic glaze | |
| CN110408995B (zh) | 化合物硅酸铅锶和硅酸铅锶非线性光学晶体及制备方法和用途 | |
| CN108751250A (zh) | 一种基于液相激光烧蚀制备ZnO/Zn2SnO4纳米棒的方法 | |
| CN110498615A (zh) | 一种使用溶胶-凝胶旋涂法制备致密CuO薄膜的方法 | |
| CN115557514B (zh) | 系列碱金属硼磷酸盐化合物及碱金属硼磷酸盐非线性光学晶体及其制备方法和用途 | |
| CN103553358A (zh) | 一种Fe3+/SiO2/TiO2纳米复合薄膜的制备方法 | |
| JP2009023854A (ja) | エピタキシャルナノＴｉＯ２粒子コーティング及びその作製方法 |