RU2810277C1 - Способ получения соединения с формулой Bi2Ge2O7 - Google Patents

Способ получения соединения с формулой Bi2Ge2O7 Download PDF

Info

Publication number
RU2810277C1
RU2810277C1 RU2023103941A RU2023103941A RU2810277C1 RU 2810277 C1 RU2810277 C1 RU 2810277C1 RU 2023103941 A RU2023103941 A RU 2023103941A RU 2023103941 A RU2023103941 A RU 2023103941A RU 2810277 C1 RU2810277 C1 RU 2810277C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
geo
compound
minutes
cooling
temperature
Prior art date
Application number
RU2023103941A
Other languages
English (en)
Inventor
Тимофей Владимирович Бермешев
Александр Сергеевич Самойло
Леонид Александрович Соловьев
Александр Николаевич Залога
Михаил Петрович Бундин
Денис Викторович Хлыстов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2810277C1 publication Critical patent/RU2810277C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении устройств оптической обработки информации, миниатюрных и пассивных микроволновых керамических компонентов с высокой производительностью для мобильных устройств, а также фотокатализаторов. Сначала смешивают Bi2O3 и GeO2 в соотношении 32:68 масс. %. Полученную смесь помещают в платиновый контейнер, нагревают до 1200±10°С и выдерживают 60 мин. Затем охлаждают до 1125±5°С, выдерживают 40 мин, после чего охлаждают с печью до комнатной температуры. Изобретение позволяет получить однофазное соединение с формулой Bi2Ge2O7. 3 ил.

Description

Способ относится к области химии и может быть использован для получения метастабильного поликристаллического соединения с формулой Bi2Ge2O7.
Система Bi2O3-GeO2 представляет очень большой научный и практический интерес, благодаря образующимся на ее основе стабильным и метастабильным соединениям.
В области стабильного равновесия известны 3 соединения:
1. Bi12GeO20 с кристаллической структурой силленита (КСС) имеет высокую научную и практическую значимость, благодаря высоким пьезоэлектрическим, фоторефрактивным, фотопроводящим, магнитооптическим и электрооптическим свойствами. Он используется для создания устройств оптической обработки информации, вызывает высокий интерес для получения миниатюрных и пассивных микроволновых керамических компонентов с высокой производительностью для мобильных устройств, а также в качестве перспективного фотокатализатора.
2. Bi4Ge3O12 с кристаллической структурой эвлитина (КСЭ) является уникальным сцинтилляционным материалом, а его высокая радиационная стойкость позволяет применять его в качестве детекторов с актикомптоновской защитой, в рентгеновских и позитронных томографах, в диагностических медицинских устройствах и астрофизике. В последние годы его также рассматривают как перспективный материал для анодов в литий-ионных батареях большой емкости [Т.В. Бермешев, В.П. Жереб, М.П. Бундин, О.В. Юшкова, А.С. Ясинский, Д.С. Ворошилов, В.М. Беспалов, А.Н. Залога, Е.Ю. Подшибякина, О.В. Якивьюк, Е.В. Мазурова. Особенности затвердевания расплава 2Bi2O3 ⋅ 3GeO2 при различных условиях охлаждения // Неорганические материалы. 2022. Т. 58. №4. С.451-463].
3. Bi2Ge3O9 с кристаллической структурой бенитоита (КСБ) представляет интерес в качестве материала для рентгеновских спектрометров и фотоакустических дефлекторных устройств, для генерации стимулированного излучения, а также в качестве перспективного материала керамических подложек для миниатюрных и высокопроизводительных пассивных компонентов в системах СВЧ-связи [Бермешев Т.В., Жереб В.П., Бундин М.П., Ясинский А.С., Юшкова О.В., Ворошилов Д.С., Залога А.Н., Ковалева А.А., Якивьюк О.В., Самойло А.С., Мазурова Е.В. Синтез Bi2Ge3O9 //Неорганические материалы. 2022. Т. 58. №12. С.1320-1330].
В области же метастабильного равновесия известны 2 широкие области соединений:
1. δ-Bi2O3 с гранецентрированной кубической решеткой и структурой типа флюорита - является уникальным суперионным проводником, обладающим рекордно высокой кислородно-ионной проводимостью, превышающей проводимость всех известных твердых электролитов. Оксиды со структурой δ-Bi2O3 являются также фотокатализаторами, перспективными для очистки воздуха и сточных вод от токсичных органических соединений. На их основе предложены эффективные и недорогие адсорбенты для нейтрализации изотопов радиоактивного йода и удаления токсичных соединений селена из водных растворов, для каталитического преобразования нитробензолов в анилины, а также окислители в реакции химического циклического сжигания (CLC). В последнее время, как показали исследования, суперионные твердые электролиты перспективны как механокалорические материалы - вещества, которые можно использовать в устройствах твердотельного охлаждения [Т.В. Бермешев, В.П. Жереб, М.П. Бундин, А.С. Ясинский, О.В. Юшкова, Д.С. Ворошилов, А.С. Самойло, Е.В. Мазурова, А.Н. Залога, О.В. Якивьюк, В.М. Беспалов. Влияние термообработки расплава Bi2O3, содержащего 22 мол. % SiO2, на состояние образующейся при кристаллизации метастабильной δ*-фазы // Неорганические материалы. 2022. Т. 58. №6. С.625-632].
2. Bi2GeO5 со слоистой кристаллической структурой типа Ауривиллиуса - является сегнетоэлектриком с высокой температурой Кюри, обладает высокой ионной проводимостью по кислороду, а также вызывает большой интерес для водородной энергетики и экологии благодаря своим фотокаталитическим свойствам в оптическом диапазоне излучений, в том числе для дезактивации токсичных органических соединений и оксидов азота (NO). Он также рассматривался в качестве катализатора для окислительной димеризации метана и для синтеза перспективных стеклокерамических материалов [Т.В. Бермешев, В.П. Жереб, И.Ю. Губанов, А.Б. Набиулин, В.П. Ченцов, В.В. Рябов, А.С. Ясинский, Н.В. Мердак, О.В. Юшкова, М.П. Бундин, В.М. Беспалов, Е.В. Мазурова, Д.С. Ворошилов, Е.Ю. Подшибякина. Моделирование условий охлаждения германата висмута Bi2GeO5 // Письма в ЖТФ. 2021. Т. 47, №15. С.27-30].
В системе Bi2O3-GeO2 получено соединение с формулой Bi2Ge2O7. Учитывая важность и большое разнообразие возможных сфер применения стабильных и метастабильных соединений, получаемых на базе системы Bi2O3-GeO2, разработка надежного способа получения соединения в данной системе имеет большой научный интерес.
Таким образом, основной задачей изобретения является разработка способа получения соединения с формулой Bi2Ge2O7.
Выбор граничных параметров масс. % Bi2O3 - 32 и GeO2 - 68 обусловлен требованием к максимальной чистоте получаемого продукта от посторонних примесных фаз. При увеличении количества исходного оксида германия, вводимого в сплав, увеличивается и количество примеси GeO2, остающейся в конечном материале. При увеличении же Bi2O3 также идет увеличение примесей, но уже с образованием GeO2 в другой модификации, либо с образованием примесной метастабильной η- Bi2GeO5.
Минимального содержания примеси GeO2 (до 2 масс. %) удается добиться только при указанном содержании исходных компонентов. При увеличении или уменьшении содержания оксида германия в исходной навеске - количество примесных фаз (GeO2, Bi2GeO5, Bi4Ge3O12) будет выше.
Выбор граничных параметров температуры сплавления исходных компонентов 1200±10°С обусловлен температурами границ высокотемпературных областей расплавов в этой системе, каждая из которых имеет свои свойства и строение. Известно, что на фазовой диаграммах систем Bi2O3 - GeO2 [Zhereb V.P., Skorikov V.M. Metastable States in Bismuth-Containing Oxide Systems // Inorganic Materials. 2003. Vol.39. Suppl. 2. P. S121-S145] область расплава может быть разделена на 3 температурные зоны А, В и С (фиг.1, 2). Зона «С» обладает целым рядом неоспоримых преимуществ: низкая вязкость, высокая подвижность атомов, тонкие особенности строения расплава. Все эти факторы обеспечивают максимально быстрое взаимодействие реагентов между собой и предоставляют идеальные условия для сплавления исходных компонентов.
Выбор времени выдержки 60 мин должно обеспечивать полное взаимное растворение исходных компонентов друг в друге, а также обеспечивать переход расплава в однородное и жидкотекучее состояние. Более длительное время выдержки нецелесообразно экономически. Меньшее время выдержки может привести к неполному взаимодействию исходных реагентов между собой.
Первая ступень охлаждения до 1125±5°С обеспечивает снижение градиента температур перед окончательным охлаждением. Выдержка 40 минут при температуре 1125±5°С обеспечивает более полное взаимодействие расплава с оксидами платины на дне и стенках контейнера при указанной температуре.
Вторая ступень - охлаждение с печью до комнатной температуры должна обеспечивать надежное образование соединения Bi2Ge2O7 и сохранение его до комнатной температуры. Более быстрое охлаждение может привести к частичному или полному переходу расплава в аморфное состояние, или же частичному или полному распаду метастабильного соединения Bi2Ge2O7.
Сущность изобретения поясняется результатами рентгенофазового и микроструктурного анализа.
Фиг. 1 - Микроструктура образца Bi2Ge2O7, полученного охлаждением с печью от температуры 1125°С, увеличение х500.
Фиг. 2 - Микроструктура образца Bi2Ge2O7, полученного охлаждением с печью от температуры 1125°С, увеличение х1000.
Фиг. 3 - Дифрактограмма образца Bi2Ge2O7, полученного охлаждением с печью от температуры 1125°С (Bi2Ge2O7 + до 2 масс. % GeO2).
На данном этапе избавиться полностью от небольшой примеси GeO2 не удается. Полученные результаты подтверждаются анализом изображений микроструктуры образцов (фиг.1-2), на которых ясно видно практически полностью однофазное строение полученного материала (фиг.1) с небольшими темными участками по границам зерен (фиг.2), по-видимому, содержащими примесный GeO2. Данный результат также подтверждается рентгенофазовым анализом, приведенным на фиг.3.
По результатам анализов, представленным на фиг.1-3, можно сделать вывод о том, что главными условиями для кристаллизации однофазного соединения Bi2Ge2O7, являются термическая обработка расплава (обеспечивает его полимеризацию с образованием [GeO4-]-тетраэдров) и взаимодействие такого расплава с высокотемпературным оксидом платины (Bi2PtO4 - выступает в качестве «затравки»). Медленное охлаждение расплава (без термических градиентов, вибрационных и ударных воздействий) способствует сохранению полимерной структуры и кристаллизации метастабильных фаз, а также препятствует переходу в аморфное состояние.
Заявляемый способ получения соединения с формулой Bi2Ge2O7 может быть реализован с помощью следующих материальных объектов:
1. печь - нагревательное устройство с рабочей камерой, обеспечивающее нагревание до заданной температуры (1200°С);
2. платиновый контейнер;
3. исходные реагенты: Bi2O3 и GeO2.
Технический результат достигается тем, что получают соединение с формулой Bi2Ge2O7 путем химического присоединения Bi2Q3 и GeO2.

Claims (1)

  1. Способ получения соединения с формулой Bi2Ge2O7, включающий смешивание Bi2O3 и GeO2 в соотношении 32:68 масс. %, помещение полученной смеси в платиновый контейнер, нагревание до 1200±10°С, выдержку 60 мин, охлаждение до 1125±5°С с выдержкой 40 мин и последующее охлаждение с печью до комнатной температуры.
RU2023103941A 2023-02-20 Способ получения соединения с формулой Bi2Ge2O7 RU2810277C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2810277C1 true RU2810277C1 (ru) 2023-12-25

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1745779A1 (ru) * 1989-03-21 1992-07-07 Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова Способ получени монокристаллов ортогерманата висмута
RU2636090C1 (ru) * 2017-03-31 2017-11-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕРМАНАТА ВИСМУТА Bi2GeO5
RU2654946C1 (ru) * 2017-10-05 2018-05-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕРМАНАТА ВИСМУТА Bi4Ge3O12
RU2659268C1 (ru) * 2018-02-16 2018-06-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) Способ получения поликристаллического ортогерманата висмута
RU2687924C1 (ru) * 2018-06-26 2019-05-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Способ получения германата висмута Bi2Ge3O9
RU2753672C1 (ru) * 2021-01-11 2021-08-19 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Способ получения германата висмута Bi12GeO20 методом литья
RU2753671C1 (ru) * 2020-12-25 2021-08-19 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Способ получения германата висмута Bi4Ge3O12 методом литья

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1745779A1 (ru) * 1989-03-21 1992-07-07 Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова Способ получени монокристаллов ортогерманата висмута
RU2636090C1 (ru) * 2017-03-31 2017-11-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕРМАНАТА ВИСМУТА Bi2GeO5
RU2654946C1 (ru) * 2017-10-05 2018-05-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕРМАНАТА ВИСМУТА Bi4Ge3O12
RU2659268C1 (ru) * 2018-02-16 2018-06-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) Способ получения поликристаллического ортогерманата висмута
RU2687924C1 (ru) * 2018-06-26 2019-05-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Способ получения германата висмута Bi2Ge3O9
RU2753671C1 (ru) * 2020-12-25 2021-08-19 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Способ получения германата висмута Bi4Ge3O12 методом литья
RU2753672C1 (ru) * 2021-01-11 2021-08-19 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Способ получения германата висмута Bi12GeO20 методом литья

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КОРОЛЕВ Г.М. и др. Синтез кристаллических фаз в системе "висмут-германий-кислород", Успехи химии и химической технологии, 2020, т. XXXIV, no. 4. БЕРМЕШЕВ Т.В. и др. Моделирование условий осаждения германата висмута Bi2GeO5, Письма в ЖТФ, 2021, т.47, вып. 15. JINGUANG CHENG et al. High-Pressure Synthesis, Structure, and Photoluminescence of a New KSbO3-Type Bismuth Germanate Bi3Ge3O10,5, Inorg. Chem., 2013, 52(4). *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kishio et al. Defect structure of β-LiAl
Levin et al. Polymorphism of bismuth sesquioxide. I. Pure Bi2O3
Zhang et al. Polymorphism of BaTeMo2O9: a new polar polymorph and the phase transformation
Navrotsky Progress and new directions in high temperature calorimetry revisited
Roth et al. Phase equilibrium relations in the binary system bismuth sesquioxide-niobium pentoxide
Rao et al. Studies on the brookite-rutile transformation
Vaidhyanathan et al. Microwave-assisted solid-state synthesis of oxide ion conducting stabilized bismuth vanadate phases
Zhu et al. Formation and stability of ferroelectric BaTi2O5
CN113200681A (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
Allix et al. Synthesis and structure determination of the high temperature form of La2WO6
RU2470897C2 (ru) Способ получения самарийсодержащего спин-стекольного магнитного материала
RU2810277C1 (ru) Способ получения соединения с формулой Bi2Ge2O7
Es-Soufi et al. Study of tungsten phosphate glasses containing Fe2O3
Mathivanan et al. Synthesis and characterization of gel-grown cobalt tartrate crystals
Kumar et al. Growth and characterization of LCOB and NdLCOB single crystals for laser applications
RU2687924C1 (ru) Способ получения германата висмута Bi2Ge3O9
Vijayakumar et al. Investigations on synthesis, growth, electrical and defect studies of lithium selenoindate single crystals
CN102534793A (zh) 非线性光学材料ZnTeMoO6及其晶体的生长方法
Terny et al. Transition metal ions in solid electrolytes. Ceramics and glasses
van Well et al. Crystal Growth with Oxygen Partial Pressure of the BaCuSi2O6 and Ba1–x Sr x CuSi2O6 Spin Dimer Compounds
Onodera et al. X-ray powder diffraction study of the superionic phase in NH4HSeO4
Ferey et al. Experimental and Theoretical Contribution to the Phase Equilibria in the Ternary CaO-Al 2 O 3-B 2 O 3 System
Öztürk et al. Synthesis, characterization and oxide ionic conductivity of β-type solid solution in bismuth oxide doped with ytterbium oxide binary system
Moriya et al. Ferroelectric phase transitions in Pb 2x Sn 2 (1-x) P 2 Se 6 system
Tomashyk Ternary Alloys Based on IV-VI and IV-VI2 Semiconductors