12
20
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ СИЛИКАТА ВИСМУТА BiSiO
12
20
METHOD FOR PRODUCTION OF BISMUTH SILICATE BiSiO CRYSTALLINE COMPOUND POWDER

12
20
Изобретение относится к области получения соединений висмута, в частности синтеза порошка кристаллического соединения BiSiO, и может быть использовано в радиоэлектронике.
12
20
Кристаллическое соединение BiSiO обладает электрооптическими и магнитооптическими свойствами, что выдвигает его в число перспективных материалов для создания электро- и магнито-оптических модуляторов лазерного излучения [Радаев С.Ф., Симонов В.И. Структура силленитов и атомные механизмы изоморфных замещений в них // Кристаллография. 1992. т. 37. С. 914].
12
20
12
20
12
20
2
3
2
Известен способ получения кристаллов BiSiC низкоградиентным методом Чохральского [Шлегель В.Н., Панцуркин Д.С. Выращивание кристаллов BiGeO и BiSiO низкоградиентным методом Чохральского / Кристаллография, 2011, том 56, №2, С. 367-372], заключающийся в сплавлении шихты стехиометрического состава BiO-SiO в платиновом тигле при температуре плавления 800°С при скорости нагрева 50 град/ч с последующим охлаждением со скоростью 200 град/ч. Для гомогенизации расплав выдерживался при температуре выше температуры плавления на 30°С не менее 6 ч.
12
20
Недостатком известного способа является высокая температура синтеза и высокие влаго- и водопоглощение образующегося BiSiO. Высокая реакционная способность расплава шихты требует использования в качестве тигельного материала только высокочистой платины, что значительно удорожает получаемый материал. Кроме того, извлечение кристаллической метастабильной фазы из тигля связано с определенными технологическими трудностями.
12
20
2
5
4
3
3
2
3
3
2
Наиболее близким, принятым за прототип, является способ получения кристаллического соединения висмута BiSiO по золь-гель методу синтеза из растворов с использованием кремнийорганической жидкости и раствора пятиводного нитрата висмута [Клебанский Е.О., Кудзин А.Ю., Пасальский В.М. и др. Тонкие золь-гель пленки силиката висмута / Физика твердого тела, 1999, т. 41, вып. 6. С. 1003-1005]. В качестве исходных реактивов использованы раствор кремнийорганической жидкости в виде тетраэтоксисилана Si(OCH) и раствор пятиводного нитрата висмута Bi(NO)⋅5НO. Стабильность растворов обеспечивалась добавлением азотной кислоты и ацетилацетона и использованием в качестве растворителя этоксиэтанола. Пятиводный нитрат висмута Bi(NO)⋅5НO растворяли в этоксиэтаноле при температуре 30°С, добавляли азотную кислоту и ацетилацетон. Полученный раствор смешивали с раствором тетраэтоксисилана в этоксиэтаноле и выдерживали в течение 24 часов. Далее образовавшийся гелевидный осадок сушили на воздухе и обжигали при 650°С в течение 1 часа.
Недостатком известного способа, принятого за прототип, является длительность и высокая температура синтеза конечного продукта, а также его высокие влаго- и водопоглощение из-за отсутствия гидрофобности силиката висмута.
12
20
Задачей предлагаемого изобретения является повышение технологичности, за счет снижения времени синтеза, снижения температуры синтеза порошка кристаллического соединения BiSiO и придания поверхности силиката висмута гидрофобности (способности не смачиваться водой).
12
20
12
20
+
Технический результат достигается тем, что способ получения порошка кристаллического соединения BiSiO, включающий синтез соединения висмута BiSiO из растворов пятиводного нитрата висмута и кремнийорганической жидкости, в предложенном решении осуществляют растворением пятиводного нитрата висмута в ацетоне при комнатной температуре, добавлением кремнийорганической жидкости в виде водно-спиртового раствора метилсиликоната натрия, перемешиванием в течение не более 5 минут с последующим центрифугированием суспензии, отмывкой осадка дистиллированной водой до отсутствия следов ионов Na и термообработкой осадка при температуре не менее 300°С.
12
20
Проведенный анализ известных способов получения порошка кристаллического соединения силиката висмута BiSiO позволяет сделать заключение о соответствии заявляемого способа критерию «новизна».
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не выявило в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».
12
20
12
20
3
x
y
z
n
Благодаря разработанному способу получения порошка кристаллического соединения силиката висмута BiSiO и тому, что в качестве растворителя пятиводного нитрата висмута использован ацетон, а в качестве кремнийорганической жидкости использован метилсиликонат натрия, процесс получения порошка кристаллического соединения силиката висмута BiSiO происходит с одновременным модифицированием его поверхности, образующимся при сушке полиметилсиликонатом висмута HC(SiBiO)Na в виде тонкопленочного покрытия (толщина пленки 0,007 мкм), идентифицированного методом рентгенофазового анализа (РФА): межплоскостные расстояния d=11,451  /100%; 5,709  / 29% по базе порошковых дифракционных данных PDF.
12
20
В результате достигается возможность получения высокодисперсного порошка кристаллического соединения силиката висмута BiSiO (размер частиц 0,10-0,19 мкм) при более низкой температуре с высокой степенью гидрофобности продукта.
12
20
Только при соблюдении всех условий разработанного способа происходит повышение технологичности синтеза порошка кристаллического соединения силиката висмута BiSiO, что обеспечивается за счет быстрого протекания реакции обмена между метилсиликонатом натрия и нитратом висмута в растворе.
12
20
Предлагаемый способ синтеза порошка кристаллического соединения силиката висмута BiSiO реализован следующим образом.
3
3
2
+
Пример. Пятиводный нитрат висмута Bi(NO)⋅5HO (марка осч, ТУ 6-09-02-488-90) в количестве 84 г растворяли при комнатной температуре в 200 мл ацетона (марка хч, ТУ 2633-018-44493179-98). В полученный раствор при непрерывном перемешивании (3000 об/мин) добавляли 100 мл кремнийорганической жидкости в виде водно-спиртового раствора метилсиликоната натрия (ТУ 6-02-696-76). Суспензию перемешивали в течение 5 мин. Осадок центрифугировали (7000 об/мин), промывали дистиллированной водой (ГОСТ 6709-72) до отсутствия следов ионов Na и термообрабатывали при 300°С. Выход готового продукта составлял 50,7 г.
12
20
12
20
3
-10
-1
-1
По данным РФА синтезирован порошок кристаллического соединения силиката висмута BiSiO кубической сингонии (межплоскостные расстояния d=3,1932  / 100%; 2,7352  / 34%; 2,2769  / 15% по базе порошковых дифракционных данных PDF). По данным рентгено-структурного анализа параметры кристаллической ячейки порошка кристаллического соединения силиката висмута BiSiO а=10,1050 . Рентгеновская плотность кристалла 9,210 г/см. Удельная проводимость (25°С) 5,5⋅10 Ом⋅см. Сорбционное влагопоглощение при 100% относительной влажности воздуха не превышало 0,01% мас.
12
20
В табл. 1 представлены характеристики порошков кристаллического соединения силиката висмута BiSiO по предлагаемому способу и прототипу.
12
20
Использование предлагаемого способа получения порошка кристаллического соединения силиката висмута BiSiO обеспечивает по сравнению с существующим способом следующие преимущества:
12
20
1. Повышение технологичности синтеза порошка кристаллического соединения силиката висмута BiSiO за счет снижения времени синтеза от 1440 мин до 5 мин.
12
20
2. Снижение температуры синтеза порошка кристаллического соединения силиката висмута BiSiO от 650°С до 300°С.
12
20
3. Достигается возможность использования порошка кристаллического соединения силиката висмута BiSiO в условиях повышенной влажности воздуха.
12
20
4. Изменение типа кристаллической решетки порошка кристаллического соединения силиката висмута BiSiC: от низшей категории симметрии - ромбической (прототип) до высшей категории симметрии - кубической (предлагаемый способ), что повышает симметрию кристалла.