Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения игольчатых монокристаллов оксида молибдена VI МоО

Изобретение относится к нанотехнологиям и наноструктурам, а именно к методам получения игольчатых монокристаллов оксида молибдена VI.

Известен способ получения волокнистых триоксидов вольфрама и молибдена (патент "Способ получения волокнистых триоксидов вольфрама и молибдена" SU 996329, 15.02.1983), включающий пропитку органического полимера летучим галогенидом и его гидролиз, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат и обеспечения возможности регенерации полимера, пропитку ведут при температуре 50-150°C с последующим контактированием пропитанного полимера с газовой средой с парциальным давлением паров водяного пара 0.7-6.0 ГПа. С целью ускорения процесса в качестве летучего галогенида используют гексафториды вольфрама и молибдена. В качестве органического растворителя используют политетрафторэтилен.

Недостатком прототипа является то, что получение конечного продукта происходит в несколько этапов; используются полимеры и растворители, загрязняющие конечный продукт; трудности при извлечении конечного продукта; конечный продукт не имеет монокристаллической структуры; сложная техническая реализация, требующая строгого соблюдения всех технологических условий и предъявляющая высокие требования к оборудованию и персоналу.

Технической задачей является устранение технических трудностей получения оксида молибдена VI MoO₃ высокой химической чистоты в виде монокристаллов игольчатой формы, упрощенная технология извлечения конечного продукта, устранение загрязнения конечного продукта.

Технический результат достигается тем, что поверхность молибденовой ленты, надежно закрепленной своими концами, выгнутой кверху в виде арки и предварительно очищенной в вакууме не выше 10^-2 Па при температуре 800°С в течение 20-30 секунд, разогревают с помощью резистивного, индукционного или лучевого воздействия до температуры 650-700°С в окислительной газовой среде, содержащей кислород (10-40%) и инертный газ или смесь инертных газов при давлении, превышающем 100 Па, и выдерживают при этой температуре в течение времени не менее 10 секунд до появления паров MoO₃ белого цвета. Затем нагрев прекращают и молибденовую ленту остужают до 25°С. После чего нагрев возобновляют при температуре 650-700°С. На торцах и поверхности ленты из паров MoO₃ начинают расти тонкие игольчатые монокристаллы MoO₃ длиной до 5 мм. После того как вся поверхность покрывается игольчатыми монокристаллами MoO₃, нагрев прекращают и дают ленте с выросшими на ее поверхности монокристаллами остыть до 25°С. Выросшие монокристаллы после этого легко отделяются от ленты. Очищенную таким образом ленту снова нагревают и получают новую порцию монокристаллов. Процессы повторяют до полного разрушения молибденовой ленты. По данным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, нанозондовой микроскопии и рентгеноструктурных исследований получаемый оксид молибдена обладает высокой степенью чистоты и структурного совершенства.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходная заготовка в виде молибденовой ленты шириной от 8 до 50 мм и толщиной до 0.5 мм, изогнутой в виде дуги изгибом кверху и надежно закрепленная своими концами, предварительно для очистки поверхности прогревается в вакууме не выше 10^-2 Па при температуре 800°С в течение 20-30 секунд. После чего заготовке дают остыть до температуры 25-30°С. Далее напускается окислительная газовая среда, содержащая кислород (10-40%) и инертный газ или смесь инертных газов при давлении, превышающем 100 Па. Заготовка разогревается с помощью резистивного, индукционного или лучевого воздействия до температуры 650-700°С и выдерживается при этой температуре в течение времени не менее 10 секунд до появления паров MoO₃ белого цвета. Затем нагрев прекращают и молибденовую ленту остужают до 25°С. После этого нагрев возобновляют при температуре 650-700°С. На торцах и поверхности ленты из паров MoO₃ начинают расти тонкие игольчатые монокристаллы MoO₃ длиной до 5 мм. После того как вся поверхность покрывается игольчатыми монокристаллами MoO₃, нагрев прекращают и дают ленте с выросшими на ее поверхности монокристаллами остыть до 25°С. Выросшие монокристаллы после этого легко отделяются от ленты. Очищенную таким образом ленту снова нагревают и получают новую порцию монокристаллов. Процессы повторяют до полного разрушения молибденовой ленты.

Как видно из изложенного, техническая задача реализуется полностью и в сравнении с известным техническим решением-прототипом имеет преимущества:

1) получаемые игольчатые монокристаллы MoO₃ легко отделяются от заготовки в виде ленты, на которой происходит их рост;

2) так как получение игольчатых монокристаллов MoO₃ происходит в газовой среде кислорода и инертных газов на поверхности металлического молибдена, исключается загрязнение конечного продукта посторонними примесями;

3) предлагаемый способ получения игольчатых монокристаллов MoO₃ прост в реализации по сравнению с прототипом.

Пример 1. Молибденовая лента разогревается в газовой среде до температуры 650-700°С и выдерживается при этой температуре в течение не менее 10 секунд с момента появления паров MoO₃ белого цвета. Затем нагрев прекращают и молибденовую ленту остужают до 25°С. После этого нагрев возобновляют при температуре 650-700°С. И выдерживают в течение 15 секунд. После чего нагрев прекращают. Пары конденсируются на поверхности в виде небольшого количества игольчатых монокристаллов MoO₃, свободных от посторонних примесей и загрязнений. Длина монокристаллов до 2 мм. Адгезия с подложкой слабая.

Пример 2. Молибденовая лента разогревается в газовой среде до температуры 650-700°С и выдерживается при этой температуре в течение не менее 10 секунд с момента появления паров MoO₃ белого цвета. Затем нагрев прекращают и молибденовую ленту остужают до 25°С. После этого нагрев возобновляют при температуре 650-700°С. И выдерживают в течение 30 секунд. После чего нагрев прекращают. Пары конденсируются на поверхности в виде сплошного слоя игольчатых монокристаллов MoO₃, свободных от посторонних примесей и загрязнений. Длина монокристаллов до 5 мм. Адгезия с подложкой слабая.