RU2809373C1 - Галогенидсеребряная нанокерамика на основе твёрдых растворов системы AgCl0,25Br0,75 - AgI - Google Patents
Галогенидсеребряная нанокерамика на основе твёрдых растворов системы AgCl0,25Br0,75 - AgI Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809373C1 RU2809373C1 RU2023103099A RU2023103099A RU2809373C1 RU 2809373 C1 RU2809373 C1 RU 2809373C1 RU 2023103099 A RU2023103099 A RU 2023103099A RU 2023103099 A RU2023103099 A RU 2023103099A RU 2809373 C1 RU2809373 C1 RU 2809373C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanoceramics
- agi
- agcl
- composition
- silver halide
- Prior art date
Links
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 title claims abstract description 23
- -1 SILVER HALIDE Chemical class 0.000 title claims abstract description 21
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 239000004332 silver Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 23
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 12
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 claims description 24
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 24
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 6
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 abstract description 6
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000002950 deficient Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 229910021612 Silver iodide Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- ADZWSOLPGZMUMY-UHFFFAOYSA-M silver bromide Chemical compound [Ag]Br ADZWSOLPGZMUMY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000007713 directional crystallization Methods 0.000 description 3
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 3
- JKFYKCYQEWQPTM-UHFFFAOYSA-N 2-azaniumyl-2-(4-fluorophenyl)acetate Chemical compound OC(=O)C(N)C1=CC=C(F)C=C1 JKFYKCYQEWQPTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000001413 far-infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 2
- 229940045105 silver iodide Drugs 0.000 description 2
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-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
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 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
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004476 mid-IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000010956 nickel silver Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 229940054334 silver cation Drugs 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к классу оптических материалов на основе галогенидов серебра, конкретно к галогенидсеребряной радиационно устойчивой в температурном интервале от -190 до 200°С нанокерамике системы AgCl0,25Br0,75 - AgI, которая может быть использована для изготовления световодов, так как является прозрачной без окон поглощения от видимого до дальнего инфракрасного диапазона от 0,48 до 55,0 мкм, нетоксичной, пластичной, нерастворимой в воде. Галогенидсеребряная нанокерамика изготовлена на основе двух твердых растворов: гексагональной фазы структурного типа вюрцит P63mc состава AgI0,96Br0,03Cl0,01 и кубической фазы структурного типа NaCl Fm3m состава AgCl0,21Br0,63I0,16 при следующем соотношении компонентов, мол. %: AgI0,96Br0,03Cl0,01 96,0-16,0, AgCl0,21Br0,63I0,16 4,0-84,0. Изготовление из нанокерамики ИК-световодов с дефектной боковой поверхностью позволяет повысить чувствительность ИК-волоконных зондов в 2 раза при определении состава химических веществ по сравнению с гладкой поверхностью ИК-световодов, получаемых из монокристаллов. Нанокерамика прозрачна в области 0,48-55,0 мкм, что позволяет детектировать спектры химических соединений в более широком спектральном диапазоне и обеспечивает ее широкое применение. 2 ил., 3 пр.
Description
Изобретение относится к новому перспективному классу оптических материалов на основе галогенидов серебра, конкретно к галогенидсеребряной радиационно устойчивой в температурном интервале от -190 до 200°С нанокерамике системы AgCl0,25Br0,75 - AgI, прозрачной без окон поглощения от видимого до дальнего инфракрасного диапазона от 0,48 до 55,0 мкм, нетоксичной, пластичной, нерастворимой в воде.
Известна терагерцовая галогенидсеребряная нанокерамика на основе нетоксичных и пластичных галогенидов серебра, прозрачных в терагерцовой, инфракрасной и видимой области от 0,45 до 50,0 мкм. Она изготовлена на основе системы оптимального состава 5,0 % AgCl - 95,0 % AgI и бромида серебра [Патент РФ 2774554 от 21.06.2022, приоритет от 27.05.2021].
Но авторы не приводят радиационную стойкость нанокерамики, а также термоустойчивость при повышенной температуре до + 200°С. Кроме того диапазон пропускания до 50,0 мкм, что недостаточно для спецприменений.
Наиболее близким техническим решением является терагерцовая галогенидсеребряная нанокерамика на основе твердых растворов галогенидов серебра, изготовленная из твердого раствора AgBr0,6Br0,4 и хлорида серебра при соотношении ингредиентов, мас. %:
| AgBr0,6Br0,4 | 70,0-80,0 |
| хлорид серебра | 30,0-20,0 |
Керамика прозрачна без окон поглощения от видимого до дальнего ИК диапазона (0,35 - 45,0 мкм), а в терагерцовой области от 0,05 до 10,0 ТГц с окном поглощения. Она пластична и негигроскопична, химически и радиационно стойкая с выходом 80,0 - 90,0 % и может использоваться при изготовлении волоконно-оптических устройств для медицины, ИК волоконной и лазерной оптики. оптоэлектроники и фотоники [Патент РФ 2767628 от 18.03.2022, приоритет от 25.05.2021].
Недостатки нанокерамики такие же:
- авторы говорят о радиационной и химической стойкости нанокерамики, но не приводят их величин и методик их измерений;
- неизвестна устойчивость керамики при повышенных температурах до +200°С, а также при работе в температурном диапазоне -190 до +200°С;
- диапазон пропускания от 0,35 до 45,0 мкм, а требуется оптика, прозрачная до 55,0 мкм.
Существует техническая проблема по разработке широкого спектра химических составов радиационно стойкой галогенидсеребряной нанокерамики, устойчивой при работе в температурном диапазоне от -190 до +200°С, прозрачной без окон поглощения от видимой до дальней ИК области 0,48 - 55,0 мкм, негигроскопичной, нетоксичной и пластичной, что позволяет изготавливать из нее не только оптические изделия для различных областей науки и техники, но и ИК световоды с дефектной шероховатой поверхностью. Световоды необходимы в качестве изогнутой петли в сенсорных волоконных зондах с высокой чувствительностью до 0,0005 моль/л.
Техническая проблема решается за счет того, что разработана галогенидсеребряная нанокерамика на основе твердых растворов системы AgCl0,25Br0,75 - AgI, включающая твердый раствор галогенидов серебра, отличающаяся тем, что она изготовлена на основе двух твердых растворов гексагональной фазы структурного типа вюрцит P63mc состава AgI0,96Br0,03Cl0,01 и кубической фазы структурного типа NaCl Fm3m состава AgCl0,21Br0,63I0,16 при следующем соотношении компонентов, мол. %:
| AgI0,96Br0,03Cl0,01 | 96,0-16,0 |
| AgCl0,21Br0,63I0,16 | 4,0-84,0 |
Сущность изобретения состоит в том, что разработана новая галогенидсеребряная нанокерамика широкого диапазона составов, обладающая уникальными свойствами на основе впервые изученной фазовой диаграммы системы AgCl0,25Br0,75 - AgI (фиг. 1). В данной системе установлены две области - широкая по химическому составу гетерогенная область, в которой существуют при низких температурах 25°С твердые растворы гексагональной структуры и гомогенная область, где находится твердые растворы кубической структуры. Гетерогенная область ограничена двумя твердыми растворами - со стороны йодида серебра (AgI) твердым раствором гексагональной фазы структурного типа вюрцит P63mc состава AgI0,96Br0,03Cl0,01, а со стороны AgCl0,25Br0,75 ограничена твердым раствором кубической фазы структурного типа NaCl Fm3m состава AgCl0,21Br0,63I0,16. На основе этих двух твердых растворов получена двухфазная нанокерамика при следующем соотношении компонентов, мол. %:
| AgI0,96Br0,03Cl0,01 | 96,0-16,0 |
| AgCl0,21Br0,63I0,16 | 4,0-84,0 |
Существование твердых растворов подтверждено рентгенофазовым анализом, а наличие кубической фазы наноразмерной величины в гексагональной фазе определено методом сканирующей электронной микроскопии (фиг. 2).
Галогенидсеребряная нетоксичная нанокерамика устойчива к УФ- и β - излучениям, а также устойчива к воздействию влаги, т. к. галогениды серебра нерастворимы в воде. Она высокопрозрачна без окон поглощения от 0,48 до 55,0 мкм при работе в температурном диапазоне от -190 до +200°С в условиях с повышенной радиацией, т. к. в ее составе содержится более тяжелый по молекулярной массе йодид серебра (см. примеры).
Уникальные свойства нанокерамики определяет, во-первых, ее химический состав однородный по всему объему образцов и структура кристаллических решеток твердых растворов, содержащих катион серебра и три аниона: хлора, брома и йода. Во-вторы, способ получения нанокерамики является более тяжелым и технологичным процессом по сравнению с выращиванием монокристаллов этой же системы AgCl0,25Br0,75 - AgI.
Пример 1.
Гидрохимическим базовым методом ТЗКС [Патент РФ «Способ получения высокочистых веществ» №2160795 от 07.07.1999] на основе системы AgCl0,25Br0,75 - AgI получают высокочистые твердые растворы гексагональной сингонии структурного типа вюрцит состава AgI0,96Br0,03Cl0,01 и кубической сингонии структурного типа NaCl состава AgCl0,21Br0,63I0,16. Затем методом направленной кристаллизации синтезируют галогенидсеребряную нанокерамику на основе полученных двух твердых растворов при следующем соотношении компонентов, мол.%:
| AgI0,96Br0,03Cl0,01 | 96,0 |
| AgCl0,21Br0,63I0,16 | 4,0 |
Из нанокерамики изготавливают плоскопараллельные пластины толщиной до 2 мм. Методом горячего прессования формируют оптическую поверхность и исследуют на них радиационно-оптические свойства нанокерамики. Для видимой, ближней и средней ИК областей применяют спектрометры UV-1800 (Shimadzu) в диапазоне от 190 до 1100 нм и IR Prestige-21 (Shimadzu), охватывающий область от 1,28 до 41,7 мкм. При регистрации спектров на IR Prestige-21 применяют источник излучения глобар, светоделитель на основе CsI, приемник DLaTGS, разрешение 2 см-1, 20 сканов. В длинноволновой области спектра применяют третий спектрометр Vertex-80 (Bruker) со спектральным диапазоном 14,7 - 60,6 мкм, разрешение 2 см-1. Нанокерамика прозрачна в спектральном диапазоне от 0,5 до 55,0 мкм.
Нанокерамика устойчива к УФ излучению при плотности мощности 1 Вт/см2 в диапазоне длин волн 260-370 нм в течение длительного времени (530 мин). Она устойчива и к β-излучению. Эксперименты проводила на линейном ускорителе электронов УЭЛР-10-10С с поэтапным набором дозы от 50 до 500 кГр и более.
Пример 2.
Методом ТЗКС получают высокочистые твердые растворы гексагональной структуры типа вюрцит и кубической структуры типа NaCl состава, как в примере 1. На основе полученных двух твердых растворов синтезируют нанокерамику методом направленной кристаллизации при следующем соотношении компонентов, мол. %:
| AgI0,96Br0,03Cl0,01 | 16,0 |
| AgCl0,21Br0,63I0,16 | 84,0 |
Исследование радиационно-оптических свойств проводили как в примере 1. Нанокерамика устойчива к УФ- и β-излучениям и высокопрозрачная без окон поглощения от 0,5 до 54,0 мкм.
Пример 3.
Методом ТЗКС получают высокочистые твердые растворы составов AgI0,96Br0,03Cl0,01 и AgCl0,21Br0,63I0,16 и на их основе синтезируют методом направленной кристаллизации галогенидсеребряную нанокерамику при следующем соотношении компонентов, мол. %:
| AgI0,96Br0,03Cl0,01 | 56,0 |
| AgCl0,21Br0,63I0,16 | 44,0 |
Исследование свойств проводят как в примере 1. Нанокерамика устойчива к УФ- и β-излучениям и прозрачна без окон поглощения от 0,48 до 53,0 мкм.
Таким образом широкий концентрационный диапазон химических составов новой радиационно стойкой галогенидсеребряной нанокерамики разработан и обоснован на основе впервые изученной фазовой диаграммы системы AgCl0,25Br0,75 - AgI.
На основе оптимальных составов нанокерамики изготавливают методом экструзии ИК световоды с дефектной, шероховатой поверхностью. Это позволяет повысить чувствительность сенсорных ИК волоконных зондов при онлайн определении состава химических веществ до 0,0005 моль/л по сравнению с чувствительностью 0,001 моль/л ИК световодов с гладкой боковой поверхностью, получаемых на основе монокристаллов систем
AgCl - AgBr, AgBr - AgI.
AgCl - AgBr, AgBr - AgI.
Технический результат
Разработана галогенидсеребряная нанокерамика широкого химического состава на основе впервые изученной фазовой диаграммы системы AgCl0,25Br0,75 - AgI. Она относится к новому перспективному галогенидному классу инфракрасных и терагерцовых оптических материалов - нетоксичных, негигроскопичных и пластичных монокристаллов, оптической нанокерамики и световодов на их основе.
Новая нанокерамика обладает уникальным свойством, а именно фото- и радиационно стойкая по сравнению с фоточувствительными монокристаллами и ИК световодами системы AgCl-AgBr. Она предназначена для работы в температурном диапазоне от -190 до +200°С, в том числе в условиях с повышенной радиацией.
Изготовление из нанокерамики ИК световодов с дефектной боковой поверхностью позволяет повысить чувствительность ИК волоконных зондов в 2 раза при определении состава химических веществ по сравнению с гладкой поверхностью ИК световодов, получаемых из монокристаллов.
Нанокерамика прозрачна без окон поглощения в спектральном диапазоне от 0,48 до 55,0 мкм, что позволяет детектировать спектры химических соединений в более широком спектральном диапазоне и обеспечивает ее широкое применение.
Claims (2)
- Галогенидсеребряная нанокерамика на основе твердых растворов системы AgCl0,25Br0,75 – AgI, включающая твердый раствор галогенидов серебра, отличающаяся тем, что она изготовлена на основе двух твердых растворов - гексагональной фазы структурного типа вюрцит P63mc состава AgI0,96Br0,03Cl0,01 и кубической фазы структурного типа NaCl Fm3m состава AgCl0,21Br0,63I0,16 при следующем соотношении компонентов, мол. %:
-
AgI0,96Br0,03Cl0,01 96,0–16,0 AgCl0,21Br0,63I0,16 4,0–84,0
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2809373C1 true RU2809373C1 (ru) | 2023-12-11 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030222380A1 (en) * | 1998-12-11 | 2003-12-04 | Abraham Katzir | Forming transparent crystalline elements by cold working and using them in infrared systems |
| EP1944275A1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-07-16 | Evangelos Vassilios Hristoforou | Method and system for producing an infrared transmitting fiber |
| US9998680B2 (en) * | 2014-01-29 | 2018-06-12 | Lg Innotek Co., Ltd. | Optical member and camera module including the same having a silver halide layer of varying dispersion |
| RU2767628C1 (ru) * | 2021-05-25 | 2022-03-18 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Терагерцовая галогенидсеребряная нанокерамика |
| RU2774554C1 (ru) * | 2021-05-27 | 2022-06-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Терагерцовая галогенидсеребряная нанокерамика |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030222380A1 (en) * | 1998-12-11 | 2003-12-04 | Abraham Katzir | Forming transparent crystalline elements by cold working and using them in infrared systems |
| EP1944275A1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-07-16 | Evangelos Vassilios Hristoforou | Method and system for producing an infrared transmitting fiber |
| US9998680B2 (en) * | 2014-01-29 | 2018-06-12 | Lg Innotek Co., Ltd. | Optical member and camera module including the same having a silver halide layer of varying dispersion |
| RU2767628C1 (ru) * | 2021-05-25 | 2022-03-18 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Терагерцовая галогенидсеребряная нанокерамика |
| RU2774554C1 (ru) * | 2021-05-27 | 2022-06-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Терагерцовая галогенидсеребряная нанокерамика |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Anis et al. | Influence of formic acid on electrical, linear and nonlinear optical properties of potassium dihydrogen phosphate (KDP) crystals | |
| Leonhardt et al. | Acid-base equilibriums of fluorescein and 2', 7'-dichlorofluorescein in their ground and fluorescent states | |
| Salimgareev et al. | Optical properties of the AgBr–AgI system crystals | |
| Chahal et al. | Fiber evanescent wave spectroscopy based on IR fluorescent chalcogenide fibers | |
| RU2809373C1 (ru) | Галогенидсеребряная нанокерамика на основе твёрдых растворов системы AgCl0,25Br0,75 - AgI | |
| Salimgareev et al. | Crystals of AgBr–TlBr0. 46I0. 54 system: Synthesis, structure, properties, and application | |
| Hu et al. | Bulk crystal growth, first-principles calculations, and mid-infrared spectral Properties of Dy3+ doped and Dy3+/Nd3+ codoped LaF3 single crystals | |
| Akilan et al. | Enhancement in mechanical, optical, SHG, photoacoustic and Z-scan studies on pure and crystal violet dye doped L-proline cadmium chloride single crystal for nonlinear optical applications | |
| Salimgareev et al. | Synthesis of optical materials based on the TlBr0. 46I0. 54–AgI system and investigation of their optical properties | |
| Yuzhakova et al. | Optical properties of crystals and two-phase ceramics of the AgCl0. 25Br0. 75–AgI system | |
| Chui et al. | Study of hyper-Rayleigh scattering and two-photon absorption induced fluorescence from crystal violet | |
| Kuriakose et al. | Design and development of transparent vertical Bridgman system and growth of high quality 4-Chloro-3-Nitrobenzophenone single crystal for nonlinear optical applications | |
| RU2779713C1 (ru) | Терагерцовая нанокристаллическая керамика | |
| RU2790541C1 (ru) | Терагерцовый кристалл системы TlBr0,46 I0,54 - AgI | |
| RU2786691C1 (ru) | Терагерцовая кристаллическая керамика системы TlBr0,46I0,54 -AgI | |
| Lvov et al. | Functional properties of single crystals and optical ceramics based on AgCl–AgI and AgCl–AgBr0. 7I0. 3 as isothermal sections of the AgCl–AgBr–AgI system | |
| RU2668247C1 (ru) | Способ получения кристаллов твердых растворов галогенидов серебра и таллия (i) | |
| RU2798232C1 (ru) | Способ получения галогенидсеребряных световодов на основе нанокерамики системы AgCl0,25Br0,75 - AgI | |
| RU2816746C1 (ru) | Двухслойный галогенидсеребряный инфракрасный световод | |
| Vij et al. | Some new FIR laser lines of optically pumped 12 CH 3 16 OH, 12 CH 3 16 OD, and 12 CH 3 I, 12 CH 3 Br, 12 CD 2 Cl 2 absorption spectroscopy of water and acetonitrile | |
| RU2860890C1 (ru) | Оптический монокристалл системы TlCl0,74 Br0,26 - AgBr | |
| RU2840228C1 (ru) | Инфракрасный световод системы TlBr0,46I0,54 - AgCl0,25Br0,75 | |
| RU2774554C1 (ru) | Терагерцовая галогенидсеребряная нанокерамика | |
| US12560539B2 (en) | Method and apparatus for determining optical properties of a sample material | |
| Rodiek et al. | The absolutely characterized nitrogen vacancy center-based single-photon source–measurement uncertainty of photon flux and angular emission properties |