Анализ структуры раствора при выращивании кристаллов сульфата кобальта-дикалия с активацией процесса аксиальными низкочастотными вибрациями Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 532.785:548.523: 532.5.011

Дубовенко Е.В. Ермоченков И.М*. Садовский А.П. Аветисов И. Х.

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, *егтоокепкоу_1_т@таН.ги

АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ РАСТВОРА ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ КРИСТАЛЛОВ СУЛЬФАТА КОБАЛЬТА-ДИКАЛИЯ С АКТИВАЦИЕЙ ПРОЦЕССА АКСИАЛЬНЫМИ НИЗКОЧАСТОТНЫМИ ВИБРАЦИЯМИ

В ходе работы было проведено исследование влияния аксиальных низкочастотных вибраций на рост кристаллов K2Co(SO4)2-6H2O из водных растворов методом снижения температуры. Измерены спектры поглощения в диапазоне 200-1100 нм. Проведено сравнения спектральных характеристик кристалла, выращенного с применением техники АНВ, и кристалла, выращенного без применения вибраций.

Ключевые слова: аксиальные низкочастотные вибрации,

Первым этапом было моделирование ростовой системы, которое проводилось на смеси вода -глицерин рис. 1 , были определены оптимальные значения характеристик вибрационного воздействия - частота 20 Гц и амплитуда 4 мм. Скорость потоков в области растущего кристалла составляла 40,5 см/мин.

Рис. 1 Физическое моделирование ростового процесса: фотографии потоков в модельной системе води-глицерин (слева) и распределение потоков по скоростям (справа)

Насыщение раствора проводилось в термостатированной емкости при температуре начала роста в течение 24 часов, затем раствор фильтровали под давлением через

полипропиленовый фильтр с размером пор 1 мкм. После чего фильтрат перегревался на 20 °С относительно температуры насыщения для увеличения стабильности, переносился в кристаллизатор, и температура снижалась до значения на 1-2 °С выше температуры начала ростового процесса.

Затравочный кристалл крепился на затравкодержателе из фторопласта, омывался в бидистиллированной воде и помещался в кристаллизатор, после чего температура снижалась до температуры начала ростового процесса. Выращивание кристаллов К2Со(Б04)2^6Н20 проводилось методом снижения температуры в диапазоне 45-35 °С, что соответствует литературным данным по исследованию

АНВ, солнечно слепая технология, К2Со(804)2-6Н20.

растворимости и процессам выращивания со скоростью снижения температуры 0,2 °С/ час [1]. Установка для выращивания кристаллов представлена на рис. 2. Такая конструкция ростовой установки позволяла вводить вибрирующий диск в раствор при полной герметизации системы для лучшего контроля параметров ростового процесса.

Рис. 2 Устройство ростовой системы. 1 - линейный электромагнитный двигатель, 2 - направляющие, угол между которыми - 120о, 3 - вибрирующее тело - диск, 4 -отверстия для подачи и забора воды из термостата, 5 -отверстие для термометра, 6 - крышка, 7 - мембрана из полиэтилентерефталата, 8 - резиновая прокладка, 9 -затравкодержатель, 10 - затравочный кристалл, 11 -термостат, 12 - кристаллизатор.

Кристаллы, выращенные без применения вибраций и с использованием техники АНВ, представлены на

Рис. 3 и Рис. 4, соответственно. Из кристаллов были вырезаны пластины толщиной 1 мм в диапазоне 200 - 1100 нм вдоль грани {001}. Для проведения спектральных измерений пластины были отполированы и на них были измерены спектры поглощения (рис. 5, 6).

Анализ этих спектров показал, что в области 200 - 400 нм прозрачность кристалла, выращенного с использованием аксиальных низкочастотных вибраций, увеличилась, в среднем, на 26 %.

Рис. 3 Кристалл, выращенный без применения вибраций

Рис. 4 Кристалл, выращенный с применением АНВ

Длина волны, нм

Рис. 5 Зависимость поглощения от длины волны в диапазоне 200 - 1100 нм

Рис. 6 Зависимость поглощения от длины волны в диапазоне 200 - 400 нм

Таким образом, было показано, что применение техники АНВ в процессе выращивания кристаллов K2Co(SÜ4)2^6H2O приводит к снижению поглощения. Это коррелирует с данными, полученными для кристаллов L12M0O4 [2] и, в целом, демонстрирует эффективность применения АНВ для процессов выращивания кристаллов из конденсированной фазы.

Дубовенко Евгения Владимировна студент бакалавр 4 курса кафедры химии и технологии кристаллов факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.

Ермоченков Иван Максимович аспирант кафедры химии и технологии кристаллов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.

Садовский Андрей Павлович Начальник отдела обработки оптических материалов ООО НТО "ИРЭ -Полюс» Россия, Московская обл., г. Фрязино

Аветисов Игорь Христофорович д.х.н., профессор, заведующий кафедрой Химии и технологии кристаллов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.

Литература

1. Маноменова В. Л., Руднева Е. Б., Волошин А. Э. 1. Кристаллы простых и сложных сульфатов никеля и кобальта как оптические фильтры для приборов солнечно-слепой технологии., Успехи химии, 85, 585 (2016).

2. Barinova O. et al. Li 2 MoO 4 crystal growth from solution activated by low-frequency vibrations //Journal of Crystal Growth. - 2016.

Dubovenko Evgeniya Vladimirovna, ErmochenkovIvanMaksimovich*, Sadovskiy Andrey Pavlovich, Avetisov IgorChristophorovich

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. *ermochenkov i [email protected]

ANALYSIS OF THE SOLUTION STRUCTURE FOR GROWING POTASSIUM - COBALT SULFATE CRYSTALS WITH AXIAL LOW FREQUENCY VIBRATIONAL ACTIVATION OF PROCESS

Abstract. A single crystal of K2Co(SO4^*6H2O was grown from solution, using the cooling method with axial low frequency vibration applied. Absorption spectrum were measured in a range 190 - 1100 nm. Spectral characteristic of grown crystal were compared with ones of crystal grown without applying vibration. Key words: low-frequency vibrations, AVC, growth from solutions, ultraviolet filter