RU2692310C1 - Способ получения изотопно-обогащенных стеклообразных диоксидов кремния - Google Patents
Способ получения изотопно-обогащенных стеклообразных диоксидов кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2692310C1 RU2692310C1 RU2018144422A RU2018144422A RU2692310C1 RU 2692310 C1 RU2692310 C1 RU 2692310C1 RU 2018144422 A RU2018144422 A RU 2018144422A RU 2018144422 A RU2018144422 A RU 2018144422A RU 2692310 C1 RU2692310 C1 RU 2692310C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- enriched
- silicon
- sicl
- isotope
- silicon dioxide
- Prior art date
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 title claims abstract description 28
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 33
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 15
- -1 silicon alkoxide Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 claims description 18
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 21
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 abstract description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 14
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 12
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 6
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 4
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 4
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 4
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 3
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 238000001095 inductively coupled plasma mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N silicon tetrafluoride Chemical compound F[Si](F)(F)F ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006359 Fluoroplast Polymers 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012788 optical film Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052990 silicon hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- ZFAYZXMSTVMBLX-UHFFFAOYSA-J silicon(4+);tetrachloride Chemical compound [Si+4].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-] ZFAYZXMSTVMBLX-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-IGMARMGPSA-N silicon-28 atom Chemical compound [28Si] XUIMIQQOPSSXEZ-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
- C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения изотопно-обогащенного стеклообразного диоксида кремния SiО, обогащенного изотопами кремнияSi илиSi илиSi, который может быть использован для получения изотопов кремния, оптических материалов, волоконных световодов и пленок из изотопно-обогащенного диоксида кремния. Способ включает синтез алкоксида изотопно-обогащенного кремния Si(OR)(R - СН, СН, i-CH) при взаимодействии неорганических соединений, в качестве которых используют изотопно-обогащенные тетрахлориды кремнияSiCl,SiCl,SiClс безводным спиртом общей формулы R-OH (R - СН, СН, i-CH) при температуре 20-50°С и 2-4-кратном избытке спирта относительно стехиометрического соотношения, гидролиз алкоксида изотопно-обогащенного кремния, осушку и термообработку полученного геля гидратированного изотопно-обогащенного диоксида кремния. Изобретение обеспечивает увеличение выхода изотопно-обогащенного стеклообразного диоксида кремния до 96%, упрощение и повышение экономичности способа, исключение необходимости использования сложного оборудования и больших количеств дефицитных изотопно-обогащенных веществ и безопасность процесса. 4 з.п. ф-лы, 2 пр.
Description
Изобретение относится к неорганической химии, а именно к получению изотопно-обогащенного стеклообразного диоксида кремния SiО2, обогащенного изотопами кремния 28Si или 29Si или 30Si, используемого для получения изотопов кремния, оптических материалов, волоконных световодов и пленок из изотопно-обогащенного диоксида кремния.
Световоды на основе изотопно-обогащенного стеклообразного диоксида кремния согласно расчетным данным, приведенным в патентной литературе (патенты США № 6490399, № 6870999), обладают меньшими оптическими потерями и более широким окном прозрачности по сравнению с кварцевым стеклом (световодами) природного изотопного состава.
Известен способ получения изотопно-обогащенного диоксида кремния 28SiО2, 29SiО2 или 30SiО2 путем окисления изотопно-обогащенного моносилана в пламени кислородно-водородной горелки и послойного нанесения защитных покрытий из стеклообразного изотопно-обогащенного диоксида кремния толщиной 75-150 мкм на поверхность тиглей (А. В. Гусев, В. А. Гавва, Е. А. Козырев, Х. Риман, Н. В. Абросимов / Тигли для выращивания методом Чохральского монокристаллов изотопно-обогащенного кремния // Неорг. матер. 2013. Т.49. № 12. С.1262–1265). Существенными недостатками этого способа являются взрывоопасность моносилана, длительность процесса, неполное осаждение на поверхность тиглей и существенные потери дорогостоящих соединений изотопно-обогащенного кремния, а также сложность получения компактных образцов прозрачного кварцевого стекла и высокое содержание в стекле воды, образующейся при окислении моносилана.
Основным способом разделения изотопов кремния является центробежное фракционирование с использованием тетрафторида кремния, в результате которого получают 28SiF4, 29SiF4 и 30SiF4 с высоким выходом и низким содержанием примесей. Методы конверсии SiF4 в SiО2, такие как гидролиз, плазмохимическое окисление, не позволяют получать стекло с низким содержанием ОН-групп, требуют дополнительных операций по получению компактных стеклообразных образцов или применения сложного оборудования для проведения плазмохимических процессов.
Для получения кварцевого стекла и материалов для волоконной оптики на его основе широко применяется метод модифицированного химического парофазного осаждения (МCVD-метод), в котором получение массивных заготовок для волоконных кварцевых световодов, проводится по реакции паров тетрахлорида кремния и кислорода при высокой температуре. В литературе приводится описание методики получения изотопно-обогащенного тетрахлорида кремния 28SiCl4, 29SiCl4 и 30SiCl4 из соответствующего тетрафторида (Патент Российской Федерации № 2618265, МПК C01B 33/08, опубл. 03.05.2017), однако для проведения МCVD-процесса необходимо сложное оборудование и большое количество тетрахлорида кремния, что является ограничением при использовании дефицитных и дорогостоящих моноизотопных веществ.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является детально описанный в литературе золь – гель метод получения кварцевого стекла с естественным изотопным составом, которой состоит из стадий получения и гидролиза алкоксидов кремния общей формулы Si(OR)4 (R – углеводородный радикал) с образованием геля, осушки геля и прокаливания полученного ксерогеля для получения стеклообразного материала (Золь-гель технологии. Нанодисперсный кремнезем / Н. А. Шабанова, П. Д. Саркисов. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012).
Недостатками способа являются длительность процесса осушки или применение методов осушки с использованием сложного оборудования (субкритическая сушка), существенная усадка и возможность разрушения образцов при сушке, что снижает практический выход способа до уровня около 90 %, а также относительно высокая стоимость алкоксидов кремния. Кроме того, данный способ не применялся для получения изотопно-чистого кварцевого стекла.
Отмеченные недостатки приводят к потере дорогостоящих и дефицитных изотопно-обогащенных материалов и снижению практического выхода изотопно-обогащенных кварцевых стекол, снижению качества (например, светопропускания) получаемого стекла, а также влекут необходимость проведения операций получения прекурсоров – алкоксидов кремния.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, - создание способа получения изотопно-обогащенных стеклообразных диоксидов кремния 28SiO2, 29SiO2, 30SiO2 из изотопно-обогащенного тетрахлорида кремния с высоким выходом, направленного на упрощение и повышение экономичности способа, и проведение его в условиях безопасной работы.
Техническим результатом является увеличение выхода изотопно-обогащенных стеклообразных диоксидов кремния 28SiO2, 29SiO2, 30SiO2 (кварцевого стекла), исключение необходимости использования для его получения сложного оборудования и больших количеств дефицитных изотопно-обогащенных веществ.
Указанный результат достигается тем, что в способе получения изотопно-обогащенных стеклообразных диоксидов кремния 28SiO2, 29SiO2, 30SiO2 из неорганических соединений, включающем стадии синтеза и гидролиза алкоксида изотопно-обогащенного кремния Si(OR)4 (R – CH3, C2H5, i-C3H7), осушки и термообработки полученного геля, в качестве неорганических соединений, в качестве неорганических соединений используют изотопно-обогащенные тетрахлориды кремния 28SiCl4, 29SiCl4, 30SiCl4, взаимодействие которых с безводным спиртом общей формулы R-OH (R – CH3, C2H5, i-C3H7) проводят при температуре 20 – 50°С при 2 – 4-кратном избытке спирта относительно стехиометрического соотношения.
Взаимодействие изотопно-обогащенных тетрахлоридов кремния 28SiCl4, 29SiCl4, 30SiCl4 с безводным спиртом общей формулы R-OH (R – CH3, C2H5, i-C3H7) проводят в посуде из инертного материала в закрытом боксе с инертной атмосферой.
В отличие от известного способа получения изотопно-обогащенного диоксида кремния в виде пленок, покрытий, в заявляемом способе в качестве исходного вещества для получения стеклообразного диоксида кремния (кварцевого стекла) используют не изотопно-обогащенный гидрид кремния (моносилан), а тетрахлорид кремния, обогащенный соответствующим изотопом кремния. Сущность изобретения заключается в том, что изотопно-обогащенный тетрахлорид кремния 28SiCl4, 29SiCl4, 30SiCl4, полученный из простых веществ (28Si, 29Si, 30Si и Cl2) или по реакции изотопно-обогащенного тетрафторида кремния с хлоридом алюминия(III) и очищенный от примесей методом дистилляции, используют для получения алкоксида кремния 28Si(OR)4, 29Si(OR)4, 30Si(OR)4 (R - CH3; C2H5; i-C3H7) по реакции соответствующего изотопно-обогащенного тетрахлорида кремния с безводным метиловым, этиловым или изопропиловым спиртом.
Предпочтительно для синтеза алкоксидов изотопно-обогащенного кремния 28Si(OR)4, 29Si(OR)4, 30Si(OR)4 использовать безводный высокочистый метиловый (CH3OH), этиловый (C2H5OH) или изопропиловый спирт (i-C3H7OH) ввиду доступности и низкой стоимости, а также возможности эффективной очистки этих спиртов от примесей, которые негативно влияют на свойства и практический выход получаемых изотопно-обогащенных стекол. Предпочтительно спирт брать в 2 – 4-кратном избытке относительно стехиометрического, так как при меньшем соотношении получаемый алкоксид кремния содержит примеси хлоралкоксидов кремния, которые являются потенциальным источником примеси хлора в стекле; увеличение этого соотношения более 4 приводит к чрезмерному расходу спирта.
Предпочтительно реакцию изотопно-обогащенного тетрахлорида кремния и спирта проводить в температурном интервале 20 – 50 ºС, так как проведение реакции указанных веществ при температуре ниже 20 ºС увеличивает продолжительность процесса и снижает производительность способа, а проведение синтеза при температуре более 50 ºС приводит к частичной потере тетрахлорида кремния и снижению выхода алкоксида кремния и диоксида кремния вследствие испарения SiCl4 (tкип = 57 °C).
Предпочтительно для проведения синтеза изотопно-обогащенного диоксида кремния использовать посуду из инертного материала, например – фторопласта, ввиду того, что при проведении синтеза в стеклянной посуде возможно изотопное разбавление кремния в составе изотопно-обогащенного диоксида кремния.
Предпочтительно синтез изотопно-обогащенного диоксида кремния проводить в закрытом боксе с инертной атмосферой для исключения воздействия паров вредных веществ на персонал и предотвращения поступления примесей в изотопно-обогащенный диоксид кремния из окружающей среды.
Предпочтительно гидролиз полученного алкоксида изотопно-обогащенного кремния проводить водно-спиртовой смесью в соотношении Si(OR)4 : R-OH : H2O = 1 : 4 : 4 (R – CH3, C2H5, i-C3H7).
Полученный гель гидратированного изотопно-обогащенного диоксида кремния подвергают осушке в сушильном шкафу путем плавного повышения температуры от комнатной до 80°С в течение 120-240 часов и последующего нагрева в муфельной печи до 600-800°С со скоростью нагрева 5-10 °С/час для получения заготовки кварцевого стекла.
Полученную заготовку кварцевого стекла выдерживают при температуре 1000-1200°C в течение 60-300 мин.
Способ осуществляют следующим образом.
Во фторопластовый стакан помещают необходимое количество безводного метилового, этилового или изопропилового спирта, обеспечивающего 2 – 4-кратный избыток спирта относительно стехиометрического соотношения и по каплям приливают необходимое количество изотопно-обогащенного тетрахлорида кремния 28SiCl4, 29SiCl4 или 30SiCl4. Синтез алкоксидов кремния проводят в посуде из инертного материала, например – фторопласта, в закрытом боксе с инертной атмосферой, например – с газообразным азотом. Для обеспечения полноты протекания реакции применяют интенсивное перемешивание реакционной смеси при помощи магнитной мешалки. Реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры, перемешивают в течение 15 – 20 минут для удаления хлороводорода и затем для получения геля гидратированного изотопно-обогащенного диоксида кремния приливают к смеси заданное количество водно-спиртовой смеси в соотношении Si(OR)4 : R-OH : H2O = 1 : 4 : 4 Указанное соотношение реагентов обеспечивает получение качественных заготовок прозрачного стекла (Золь-гель технологии. Нанодисперсный кремнезем / Н. А. Шабанова, П. Д. Саркисов. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012). Гель подвергают осушке в сушильном шкафу путем плавного повышения температуры от комнатной до 80°С в течение 120-240 часов, затем извлекают образцы полученного ксерогеля из формы и нагревают в муфельной печи до 600-800°С со скоростью нагрева 5-10°С/час для получения стеклообразного 28SiO2. При продолжительности осушки менее 120 час, а также при скорости нагрева более 10°С/час, при прокаливании заготовок стекла возможно появление трещин и разрушение заготовок стекла. При продолжительности осушки более 240 час, а также при скорости нагрева при прокаливании заготовок стекла менее 5 °С/час увеличивается длительность процесса и снижается производительность. Затем образец изотопно-обогащенного диоксида кремния прокаливают в муфельной печи при температуре 1000-1200°С в течение 60-300 мин до получения прозрачного стекла. Прокаливание при температуре ниже 1000 °С, а также продолжительность прокаливания менее 60 мин не позволяет получать стекло с низким содержанием ОН-групп. Увеличение продолжительности прокаливания более 300 мин приводит к увеличению длительности процесса получения стекла и снижению производительности; повышение температуры выше 1200 °С приводит к повышенному расходу энергии.
Заявляемый способ обеспечивает получение прозрачного изотопно-обогащенного стеклообразного диоксида кремния 28SiO2, 29SiO2, 30SiO2 с практическим выходом 95±1 % и исключение изотопного разбавления кремния в составе 28SiO2, 29SiO2, 30SiO2 в пределах погрешности методики анализа (масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой.
Способ осуществляют в боксе с инертной атмосферой в условиях безопасной работы при получении заданного количества изотопно-обогащенного стеклообразного диоксида кремния.
Пример 1.
Во фторопластовый стакан объемом 100 мл с 50 мл безводного этилового спирта при перемешивании приливают по каплям 12 мл тетрахлорида кремния-28 для получения алкоксида кремния 28Si(ОС2Н5)4 (2-кратный избыток этанола относительно стехиометрического соотношения). Синтез алкоксида кремния-28 проводят в посуде из фторопласта в закрытом боксе с инертной атмосферой (газообразный азот) при температуре 20°С.
Содержание изотопа 28Si в кремнии, входящим в состав 28SiСl4, по данным масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой составляет 99,8543±0,0185 ат. %. Реакционную смесь при перемешивании охлаждают и приливают к ней 30 мл водно-спиртовой смеси (0.4 моль этанола и 0.4 моль воды) в соотношении 28Si(OC2H5)4 : C2H5OH : H2O = 1 : 4 : 4, а также 0.25 мл 40 % раствора HF для ускорения гелеобразования. Смесь помещают в фторопластовый сосуд цилиндрической формы и подвергают осушке в сушильном шкафу путем плавного повышения температуры от комнатной до 80 °С в течение 120 часов, затем извлекают образцы ксерогеля из формы и нагревают в муфельной печи до 600°С со скоростью нагрева 5°С/час. Для получения стеклообразного 28SiO2 образец прокаливают в муфельной печи при температуре 1000 °С в течение 300 мин.
Практический выход стеклообразного диоксида кремния-28 28SiО2 составляет 96 %. Содержание изотопа 28Si в кремнии, входящим в состав 28SiО2, по данным масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой составляет 99.8445±0.0060 ат. %, что указывает на отсутствие статистически значимого изотопного разбавления при синтезе стеклообразного 28SiО2.
Пример 2.
Во фторопластовый стакан объемом 20 мл с 8 мл безводного этилового спирта при перемешивании по каплям приливают 1 мл тетрахлорида кремния-29, полученного из простых веществ (29Si, Cl2) и подвергнутого дистилляции, для получения 29Si(ОС2Н5)4 (4-кратный избыток этанола относительно стехиометрического соотношения). Синтез алкоксида кремния-29 проводят в посуде из фторопласта в закрытом боксе с инертной атмосферой (газообразный азот) при температуре 20 °С.
Содержание изотопа 29Si в кремнии, входящим в состав 29SiСl4, по данным масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой составляет 99,923±0,016 ат. %.
Реакционную смесь при перемешивании охлаждают и приливают к ней 3 мл водно-спиртовой смеси (0.04 моль этанола и 0.04 моль воды) в соотношении 29Si(OR)4 : R-OH : H2O = 1 : 4 : 4, а также 0.25 мл 4 % раствора HF для ускорения гелеобразования. Смесь помещают в фторопластовый сосуд цилиндрической формы и подвергают осушке в сушильном шкафу путем плавного повышения температуры от комнатной до 80°С в течение 240 часов, затем извлекают образцы ксерогеля из формы и нагревают в муфельной печи до 800°С со скоростью нагрева 10°С/час. Для получения стеклообразного 29SiO2 образец прокаливают в муфельной печи при температуре 1200°С в течение 60 мин.
Практический выход стеклообразного диоксида кремния-29 29SiО2 составляет 95 %. Содержание изотопа 29Si в кремнии, входящим в состав 29SiО2, по данным масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой составляет 99,910±0,008 ат. %, что указывает на отсутствие статистически значимого изотопного разбавления на стадии синтеза 29SiО2.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать изотопно-обогащенный стеклообразный диоксид кремния (кварцевое стекло) заданной формы с высоким выходом (до 96 %) и без статистически значимого изменения изотопного состава кремния с использованием небольших количеств дефицитных изотопно-обогащенных веществ (порядка граммов). Синтез проводят в закрытом боксе с инертной атмосферой в безопасных условиях с использованием доступной аппаратуры и получением образцов стекла заданной формы.
Claims (5)
1. Способ получения изотопно-обогащенных стеклообразных диоксидов кремния 28SiO2, 29SiO2, 30SiO2 из неорганических соединений, включающий стадии синтеза и гидролиза алкоксида изотопно-обогащенного кремния Si(OR)4 (R - СН3, С2Н5, i-C3H7), осушки и термообработки полученного геля, отличающийся тем, что в качестве неорганических соединений используют изотопно-обогащенные тетрахлориды кремния 28SiCl4, 29SiCl4, 30SiCl4, взаимодействие которых с безводным спиртом общей формулы R-OH (R - СН3, С2Н5, i-C3H7) проводят при температуре 20-50°С при 2-4-кратном избытке спирта относительно стехиометрического соотношения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что взаимодействие изотопно-обогащенных тетрахлоридов кремния 28SiCl4, 29SiCl4, 30SiCl4 с безводным спиртом общей формулы R-OH (R - СН3, С2Н5, i-C3H7) проводят в посуде из инертного материала в закрытом боксе с инертной атмосферой.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидролиз полученного алкоксида изотопно-обогащенного кремния проводят водно-спиртовой смесью в соотношении Si(OR)4:R-ОН:Н2O=1:4:4 (R - СН3, С2Н5, i-C3H7).
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученный гель гидратированного изотопно-обогащенного диоксида кремния подвергают осушке в сушильном шкафу путем плавного повышения температуры от комнатной до 80°С в течение 120-240 ч и последующего нагрева в муфельной печи до 600-800°С со скоростью нагрева 5-10°С/ч для получения заготовки кварцевого стекла.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученную заготовку кварцевого стекла выдерживают при температуре 1000-1200°С в течение 60-300 мин.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018144422A RU2692310C1 (ru) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | Способ получения изотопно-обогащенных стеклообразных диоксидов кремния |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018144422A RU2692310C1 (ru) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | Способ получения изотопно-обогащенных стеклообразных диоксидов кремния |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2692310C1 true RU2692310C1 (ru) | 2019-06-24 |
Family
ID=67038128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018144422A RU2692310C1 (ru) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | Способ получения изотопно-обогащенных стеклообразных диоксидов кремния |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2692310C1 (ru) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6870999B2 (en) * | 2001-12-20 | 2005-03-22 | Corning Incorporated | Isotopically altered optical fiber |
| RU2618265C1 (ru) * | 2016-01-27 | 2017-05-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук (ФГБУН ИХВВ РАН) | Способ получения изотопнообогащенного тетрахлорида кремния |
-
2018
- 2018-12-14 RU RU2018144422A patent/RU2692310C1/ru active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6870999B2 (en) * | 2001-12-20 | 2005-03-22 | Corning Incorporated | Isotopically altered optical fiber |
| RU2618265C1 (ru) * | 2016-01-27 | 2017-05-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук (ФГБУН ИХВВ РАН) | Способ получения изотопнообогащенного тетрахлорида кремния |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ШАБАНОВА Н.А., САРКИСОВ П.Д., ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ТЕХНОЛОГИИ. НАНОДИСПЕРСНЫЙ КРЕМНЕЗЕМ. М.: БИНОМ. ЛАБОРАТОРИЯ ЗНАНИЙ, 2012. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4680046A (en) | Method of preparing preforms for optical fibers | |
| US4680048A (en) | Method of preparing doped silica glass | |
| DK162838B (da) | Fremgangsmaade til fremstilling af glasraaemne til optiske fibre | |
| US5068208A (en) | Sol-gel method for making gradient index optical elements | |
| JP7195441B2 (ja) | 低ヒドロキシ基高純度石英ガラスの調製方法 | |
| Hayashi et al. | Preparation of titania-silica glasses by the gel method | |
| JPH0826742A (ja) | 合成石英ガラス粉 | |
| RU2692310C1 (ru) | Способ получения изотопно-обогащенных стеклообразных диоксидов кремния | |
| JPS6186436A (ja) | 光フアイバ用母材の製造方法 | |
| KR100789124B1 (ko) | 발열 제조된 고순도 이산화규소, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 수득한 실리카 유리 및 성형품 | |
| US4943425A (en) | Method of making high purity dense silica of large particle size | |
| Plotnichenko et al. | Influence of molecular hydrogen diffusion on concentration and distribution of hydroxyl groups in silica fibers | |
| Katsuyama et al. | Fabrication of high‐purity chalcogenide glasses by chemical vapor deposition | |
| EP0034053B1 (en) | Method of producing phosphate glass and optical bodies formed therefrom | |
| US5342809A (en) | Process for the synthesis of fluoride glass by the sol - gel method and optical fibre produced from the fluoride glass obtained according to this process | |
| AU623735B2 (en) | Process for preparing glass-like monoliths constituted by silicon oxide and titanium oxide | |
| RU2419589C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКОЛ СИСТЕМЫ As-S С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ КИСЛОРОДА | |
| JP2722573B2 (ja) | 高純度石英ガラスの製造方法 | |
| RU2648389C1 (ru) | Способ получения особо чистых халькогенидных стекол системы германий-селен | |
| JPS61174115A (ja) | 四塩化ケイ素又は四塩化ゲルマニウムに溶解した含水素化合物から水素を除去する方法 | |
| JPS6036343A (ja) | 光伝送用ガラス素材の製法 | |
| JPH0324415B2 (ru) | ||
| JPH01145346A (ja) | 光フアイバ用母材の製造方法 | |
| JP7103292B2 (ja) | 合成シリカガラス粉 | |
| DK158719B (da) | Fremgangsmaade til fremstilling af formemneroer til optiske fibre |