Парамагнитные свойства нитрида лития
Электрофизические свойства порошков нитрида лития, способы его получения и области применения. Основы теории электронного парамагнитного резонанса. Исследование парамагнитной системы образцов нитрида лития, выращенных в процессе изменения давления.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.10.2017 |
| Размер файла | 218,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
24
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Физический Факультет
Курсовая работа
Парамагнитные свойства нитрида лития
Минск 2008
Содержание
- Введение
- 1. Электрофизические свойства порошков нитрида лития
- 1.1 Общая характеристика Li3N
- 1.2 Способы получения нитрида лития
- 1.3 Области применения образцов нитрида лития
- 2. Основы теории электронного парамагнитного резонанса
- 2.1 Основные понятия
- 2.2 Объекты исследования
- 3. Экспериментальная часть
- Заключение
- Список использованной литературы
Введение
В настоящее время темпы развития научно-технического прогресса постоянно требуют создания новых перспективных, а также улучшения свойств и характеристик уже имеющихся материалов. К числу таких материалов относится нитрид лития. Данный материал хорошо зарекомендовал себя при использовании в производстве литиевых батарей. В данное время Li3N широко исплользуется при синтезе кубического нитрида бора BN и нитрида галлия GaN. Дополнительным стимулом для использования его в микроэлектронике является возможность создания "хранилищ" водорода.
В настоящее время уровень развития техники постоянно повышает требования к используемым материалам. Если на заре развития этой области науки изучались условия фазового превращения, то в настоящее время требуется получать материал с конкретными физическими или физико-химическими характеристиками, с узким диапазоном разброса параметров. Данную задачу, как правило, решают путем модификации технологических процессов. Учитывая отсутствие сведений о систематических исследованиях нитрида лития и перспективность данного материала для электронной промышленности, целью данной работы являлось исследование парамагнитной системы образцов нитрида лития, выращенных в процессе изменения давления, а также выявление и установление связи между условиями синтеза и свойствами полученных порошков.
1. Электрофизические свойства порошков нитрида лития
1.1 Общая характеристика Li3N
Нитрид лития Li3N - кристаллическое вещество, имеющее в проходящем свете рубиновый цвет, а в отраженном свете зеленовато-черный цвет с металлическим блеском. Обычно образуется в виде губчатой массы, которой примесь придает темно-красный цвет. Нитрид лития кристаллизуется в гексагональной сингонии {а = 3,658, с = 3,882 kX). Плотность его при обычной температуре 1,38 г/см3; температура плавления равна 845°С.
Рисунок 1. Порошок нитрида лития.
Нитрид лития быстро окисляется на воздухе, хранить его следует в атмосфере азота. При нагревании в атмосфере водорода Li2N переходит в LiH. Подобно солеобразным нитридам магния и щелочноземельных металлов Li3N энергично взаимодействует с водой. Расплавленный Li3N является агрессивным веществом по отношению ко многим металлам (Fe, Cu, Ni. Pt и др.) и неметаллическим материалам.
Нитрид лития, как и нитриды других щелочных металлов типа Me3N, может образовывать с нитридами тяжелых металлов двойные соединения определенного состава. В частности, давно описан двойной нитрид Li3N-FeN и изучены некоторые его химические и физические свойства. Взаимодействием с нитридами хрома, молибдена и вольфрама получены соединения Li9CrN5, Li9MoN5 и Li9WN5. Описаны двойные нитриды с ванадием, ниобием и танталом общего типа Li7MeN4.
1.2 Способы получения нитрида лития
Для получения Li3N используется литий чистотой 99,9% и очищенный азот. Азотирование проводится в кварцевых реакторах преимущественно в никелевых лодочках. Никель выбирается потому, что при нагреве до 1500 єС он, в отличие от других материалов, не реагирует с литием и нитридом лития. Азотирование лития проводится в интервале температур 200-800 єС при изотермической выдержке от 15 до 120 минут. Температура в рабочем пространстве измеряется термопарой и регулируется электронным потенциометром.
Результаты исследований показывают, что взаимодействие лития с азотом начинается при 200 єС, с увеличением температуры и продолжительности выдержки содержание азота в продуктах реакции возрастает. Процесс образования Li3N практически заканчивается при 400 єС. В образцах, полученных при этой температуре, содержание азота достигает расчетного. При 200 єС скорость реакции определяется скоростью химического взаимодействия на границе газ - твердое тело, а при 300 - 400 єС на скорость реакции влияют диффузионные процессы. Нитрид лития, полученный при температурах ниже 500 єС, представляет собой мелкокристаллический продукт красного цвета, а синтезированный при 500 єС - хорошо сформированные пластинчатые монокристаллы размером до 2 миллиметров сине-фиолетового цвета.
Несмотря на относительную простоту получения Li3N, исследования по усовершенствованию методов его синтеза не прекращаются.
парамагнитный резонанс нитрид литий
1.3 Области применения образцов нитрида лития
Основными направлениями применения соединении с использованием нитрида лития являются:
· Использование как электролита в батареях питания.
· В качестве накопителя водорода.
· Компонент при синтезе кубического нитрида бора BN и нитрида галлия GaN.
Li3N является единственным известным термодинамически устойчивым нитридом щелочного металла и является одним из самых ионных из всех известных нитридов. Интересны его статические и динамические свойства. Этот материал - суперионный проводник через вакансии Li+ вызванные диффузией в пределах слоев LiN. Его потенциал для использования как электролит в основанных на литии батареях, как водородный накопитель и компонент в синтезе GaN вызвали исследования этих перспективных применении нитрида лития, включая исследование в его поведение в высоком давлении. Известно, что Li3N кристаллизуется в шестиугольной структуре б-Li3N, с четырьмя ионами в элементарной ячейке в условиях окружающей среды. Размеры элементарной ячейки а = 3.648 Е и с = 3.875Е с точечной группой симметрии D6h. Азот существует в аномальном многозарядном (N3 ~) состояния, который устойчив только из-за его кристаллической окружающей среды - шестиугольная бипирамида Li+ ионов. Эта структура состоит из слоев Li2N, широко отделенных и связанных одним литиевым атомом в элементарную ячейку, занимающую местонахождение между атомами азота в смежных слоях.
В пределах давления 0.6 ГПа и комнатной температуры, a-Li3N наблюдался, чтобы трансформировать в наслоенную шестиугольную структуру в-Li3N. В этой структуре каждый ион азота связывает дополнительный литиевый атом выше и ниже плоскости и в отличие от слоев Li2N в a-Li3N, смежные слои LiN перемещены относительно друг друга. в-Li3N метастабильные в окружающем давлении и обычно найден смешанным с фазой a-Li3N. С увеличивающимся давлением дальнейший фазовый переход к кубической структуре г-Li3N около 27.6 ГПа - был ранее предсказан в соответствии с двухступенчатой процедурой, состоящей из исследования энергетических картин химических систем в различных давлениях, используя глобальные методики оптимизации, сопровождаемые локальной оптимизацией с начальными методами. Недавно было доказано, что в-Li3N действительно трансформируется к г-Li3N, но в диапазоне давлений 36-45 ГПа. г - Li3N фаза необыкновенно устойчива по крайней мере до 200 ГПа и весьма сжимаема в этом режиме давления, делая его хороший кандидат на внутренний стандарт давления. Решетчатые динамические свойства Li3N в пределах этих трех полиморфов (б-, в - и г - фаз) были экстенсивно изучены через вычисления, чтобы понять физически механизмы фазовых переходов. Результаты измерений, проведенные в работе [*] представлены в таблице 1.
Нитрид лития является широко известным катализатором-растворителем для получения BNк. В литературе приводится достаточно много информации о диаграмме состояния, кинетике кристаллизации BNк в системе Li3N-BN [2]. Предлагается механизм кристаллизации кубического нитрида бора с учетом механического перемещения образовавшегося расплава-растворителя в толщу гексагонального нитрида бора. При надлежащих термодинамических условиях расплав по мере перемещения пропитывает и растворяет все новые порции гексагонального нитрида бора и тем самым способствует перекристаллизации и росту кристаллов кубического нитрида бора.
Таблица 1. Расчетные параметры различных фаз высокого давления Li3N
|
a (Е) |
c (Е) |
B0 (ГПа) |
B'0 |
||
|
б-Li3N |
3.534 |
3.772 |
58.944 |
3.815 |
|
|
3.648 |
3.875 |
||||
|
3.508 |
3.745 |
61.02 |
3.70 |
||
|
в-Li3N |
3.445 |
6.148 |
74.503 |
3.412 |
|
|
3.552 |
6.311 |
||||
|
3.418 |
6.100 |
78.166 |
3.77 |
||
|
г-Li3N |
4.870 |
77.096 |
3.541 |
||
|
4.976 |
78 |
4.2 |
|||
|
4.995 |
73.1 |
3.85 |
В работе [3] была доказана инконгруэнтная природа плавления фазы высокого давления Li3BN2 и существования Li3N-BN (О) -L+BN перетектического равновесия при 1620 К (5,3 ГПа), ниже которого BNк ликвидус Li3N-BN квазибинарного сечения Li-B-N тройной системы является несуществующим.
В работе [4], рассматривающей кинетику кристаллизации, приведена модель, согласно которой кристаллизация происходит в два этапа: мгновенная нуклеация на начальном этапе кристаллизации и нуклеация с постоянной скоростью, когда BNг-BNк конверсионная степень более, чем 0,2. Следует отметить, что обратный фазовый переход в данной каталитической системе наблюдается, как показано в работе [5], при давлении 4 ГПа. Причем, синтезируемый материал не всегда является однородным не только по структуре, но и составу, так в работе [6] приводятся данные о наличии наноразмерных включений BNг, h-LiN, тетраэдральный B25N и тетраэдральный B53N в кристаллах BNк. Для объяснения неоднородности кристаллов авторы предлагают учитывать локальную перестройку дефектной структуры при снижении давления и температуры, а также возможность захвата фронтом роста кристалла переохлаждённых локальных участков расплава (капелек). В работе [7] установлено, что единственный трехкомпонентный состав (Li3BN2) формируется в Li-B-N системе. Литиевый нитрид бора имеет три полиморфных модификации, две из которых - модификации высокого давления. Сечение Li3BN2 является квазибинарным и характеризованным L- Li3BN2+ BNк эвтектическое равновесие при 1883 К в случае 6 ат% BN. Самая низкая температура кристаллизации кубического нитрида бора в Li-B-N cистеме при 6ГПа - 1823 К. Это ниже, чем L- Li3BN2+ BNк эвтектики и соответствует синтезу BNк в присутствии лития. Li3BN2 плавится инконгруэнтно и температура L+BN- Li3BN2 перетектического равновесия (1620 К) - самая низкая температура BNк синтеза в Li-B-N-системе при 5,3 ГПа.
Экспериментальные и теоретические исследования сложных гидридов [10], такие как NaAlH4, Мг (AlH4) 2, LiBH4, и LiNH2 представляли большой интерес с точки зрения обратимых функций водородного хранения гидридов легких элементов. В 1910 было установлено, что нитрид литий Li3N, реагирует с водородом формируя Li3NH4 (а именно, смесь LiNH2 и 2LiH), и также что соединения показывают частичную реакцию дегидрирования. Реакция выражена следующим образом:
Li3N+2H2 ?Li2NH+LiH+H2? LiNH2 +2LiH. (1)
Мы уже предположили, чтобы эффективный метод для дестабилизации LiNH2 частичная замена лития элементами с большей электроотрицательностью, такими как Мg. Когда реакция начинается, дегидрирование уменьшает температуру приблизительно до 370 K с увеличением на концентрации Мg для MNH2 в 30 раз по сравнению с Li. Поэтому, было предсказано, что смеси лития и азотистого магния (или их гидриды/амиды), в дополнение к частично замещенным образцам, имеют подобные эффекты для того, чтобы понять эти реакции дегидрирования. Но для повсеместного внедрения этих механизмов требуются дополнительные исследования в этой области.
2. Основы теории электронного парамагнитного резонанса
2.1 Основные понятия
Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) является одним из наиболее мощных экспериментальных методов изучения структуры физических объектов, которые имеют неспаренные электроны и обладают спиновым магнитным моментом.
Для электрона с нулевым орбитальным моментом взаимодействие с постоянным магнитным полем приводит к расщеплению энергетического уровня на два спиновых подуровня. Разность энергий этих двух подуровней равна gH, где g - фактор спектроскопического расщепления, - магнетон Бора, H - напряженность магнитного поля. Вследствие теплового равновесия в системе, подуровни будут населены в соответствии с распределением Больцмана:
, (2)
где n1 и n2 - заселенности нижнего и верхнего подуровней, k - постоянная Больцмана, T - абсолютная температура.
Вплоть до очень низких температур величина gH<<kT, и, следовательно, имеется небольшой избыток парамагнитных частиц на нижнем подуровне по сравнению с верхним. Если через такую систему пропустить электромагнитное излучение, то при определенных условиях происходит его поглощение с одновременным переходом электронов (с изменением ориентации спина) на более высокий энергетический уровень (см. рис.2).
Это явление носит название электронного парамагнитного резонанса и его условием является равенство радиочастотного кванта h (h - постоянная Планка) и разности энергий между спиновыми подуровнями:
h = g H. (3)
Это выражение устанавливает тройственную зависимость: магнитное поле вызывает появление спиновых подуровней и определяет разность энергий между ними; СВЧ-излучение вызывает переход с нижнего спинового подуровня на верхний, сопровождающийся поглощением энергии; g-фактор при неизменных значениях h или H определяет положение сигнала поглощения в спектре ЭПР в зависимости от особенностей состояния парамагнитных электронов в исследуемом образце.
В условиях резонанса g-фактор определяет не только положение линии в спектре ЭПР, но и представляет собой величину, характеризующую вещество. Если неспаренный электрон обладает отличным от нуля орбитальным моментом, то последний будет суммироваться с собственным спиновым магнитным моментом, и в результате такого спин-орбитального взаимодействия значение g-фактора будет отличаться от значения 2,0023, присущего свободному электрону, и определяться формулой Ланде. Если неспаренный электрон связан с атомом, входящим в состав кристаллической решетки, то он будет испытывать воздействие внутренних полей, обусловленных структурой самой решетки. Эти поля влияют на орбитальный момент атома и могут очень существенно изменять его энергию. Вследствие этого, g-фактор может быть тензорной величиной и использование ориентационной зависимости спектров ЭПР позволяет устанавливать локальную симметрию парамагнитного центра. Измеряя величину g-фактора, можно получить подробные сведения о межатомных связях
Рисунок 2. Схема расщепления энергетического уровня на два спиновых подуровня
g-Фактор может быть определен прямыми измерениями частоты СВЧ-излучения и величины напряженности магнитного поля в условиях резонанса (H0) по формуле
(4)
или косвенным методом по известным значениям g-факторов эталона (gэт), например, ионов Mn2+ в окиси магния:
(5)
где g и H1 - разности соответственно между g-факторами и H0 для двух линий спектра эталона, а H - разность между резонансными значениями магнитного поля для сигнала от образца и одной из линий эталона.
Помимо g-фактора, основными характеристиками ЭПР-спектров являются интегральная интенсивность, а также ширина и форма линии. Типичная линия ЭПР и ее первая производная изображены на рис.2.
Регистрируемая величина поглощения СВЧ-мощности в магнитном поле пропорциональна общему числу неспаренных электронов, содержащихся в образце. Интенсивность линии может определяться путем интегрирования по всей кривой поглощения или как амплитуда между экстремумами первой производной линии (на рис.3 - I). В сложных спектрах число линий подсчитывается по числу максимумов или минимумов производных линий поглощения. За ширину линии поглощения (H) принимается расстояние между точками линии, лежащими на половине высоты сигнала или, что удобнее, между точками экстремума первой производной линии (см. рис.3). Ширина линии определяется разбросом энергетических уровней, занимаемых неспаренными электронами, и позволяет судить о реальных взаимодействиях в веществе.
Рисунок 3. Форма линии ЭПР (а) и ее первой производной (б):
I - амплитуда линии, H - ширина линии
Метод ЭПР даёт уникальную информацию о парамагнитных центрах. Он однозначно различает примесные ионы, изоморфно входящие в решётку от микровключений. При этом получается полная информация о данном ионе в кристалле: валентность, координация, локальная симметрия, гибридизация электронов, в сколько и какие структурные положения он входит, ориентирование осей кристаллического поля в месте расположения этого иона, полная характеристика кристаллического поля и детальные сведения о химической связи. И, что очень важно, метод позволяет определить концентрацию парамагнитных центров в областях кристалла с разной структурой.
Но спектр ЭПР это не только характеристика иона в кристалле, но и самого кристалла, особенностей распределения электронной плотности, кристаллического поля, ионности-ковалентности в кристалле и наконец просто диагностическая характеристика минерала, так как каждый ион в каждом минерале имеет свои уникальные параметры. В этом случае парамагнитный центр является своеобразным зондом, дающий спектроскопические и структурные характеристики своего микроокружения. Это свойство используется в т. н. методе спиновых меток и зондов, основанный на введении стабильного парамагнитного центра в исследуемую систему. В качестве такого парамагнитного центра, как правило, используют нитроксильный радикал, характеризующийся анизотропными g и A тензорами.
2.2 Объекты исследования
Две основные области применения ЭПР определяются существованием в природных кристаллах двух типов парамагнитных центров: примесей парамагнитных ионов и электронно-дырочных центров.
Примеси парамагнитных ионов - это ионы с незаполненными, достраивающимися внутренними d - и f-оболочками. Именно за счет неспаренных d-и f - электронов возникает магнитный момент ионов. Ионы с s - и р-валентными электронами при образовании химической связи в кристаллах (а также в стеклах и растворах) приобретают обычно электронные конфигурации с заполненными оболочками, в которых спины электронов спарены, а суммарный магнитный момент равен нулю.
Спектры ЭПР наблюдаются в кристаллах для ионов переходных групп
Это те же ионы, которые дают оптические спектры кристаллического поля. Однако не все валентные состояния этих элементов парамагнитны: если все внутренние d - или f - электроны становятся валентными, то ион перестает быть парамагнитным.
В работе исследовались микрокристаллические порошки нитрида лития, выращенные при давлении от 1 до 10 МПа и помещались в запаянные кварцевые ампулы.
3. Экспериментальная часть
Как было отмечено в литературном обзоре, нитрид лития имеет три полиморфные формы. Гексагональная структура б-Li3N состоит четырех окружающих со всех сторон ионов. Размеры элементарной ячейки для трех модификаций кристаллической решетки указаны в таблице 1, а полученные для наших образцов на рис.4
Рисунок 4. Численные данные параметров решетки образцов нитрида лития, полученных при различном давлении
Мультиплетное зарядовое состояние иона азота N3 - стабильно когда его окружают бипирамидальный шестигранник из ионов лития. Эта структура состоит из разделенных и Li2N слоев соединенных атомом лития в элементарной ячейке, занимающим промежуточное положение между атомами азота из соседнего слоя. При комнатной температуре и давлении 0,6 ГПа б-Li3N переходит в слоистую гексагональную структуру в - состояние с ячейками похожими на нитрид бора. В данной структуре каждый атом азота связан дополнительно с атомами лития сверху и снизу плоскости. Как и в слое Li2N б-Li3N соседние слои смещены один относительно другого. в - Li3N метастабилен и как правило имеет включения б-Li3N. При росте давления формируется кубическая структура г-Li3N.
Исследования методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) проводились в лабораторных условиях на стационарном спектрометре в Х-диапазоне (9.3 ГГц) при температурах от 77 К до 250 0С. Для определения параметров спектров ЭПР использовались эталонные образцы Mn2+ в MgO и ДФПГ с известной концентрацией парамагнитных центров (ПЦ) и g-факторами.
Все вышерассмотренные образцы характеризуются интенсивным парамагнитным поглощение в районе g-фактора свободного электрона. В зависимости от величины давления на спектрах ЭПР зафиксированы как одиночные сигналы без сверхтонкой структуры с величиной g-фактора несколько отличающейся от значения 2.0023, так и в ряде случаев сложные спектры, состоящие из дополнительных линий с g<2, как видно из рис.5 Следует отметить, что все вышеприведенные данные получены для образцов, помещенных в запаянные ампулы. При вскрытии ампул вследствие окисления парамагнитные свойства образцов нитрида лития подавляются. Численные значения величины g-фактора, ширины линии и концентрации парамагнитных центров представлены в таблице 2.
Рисунок 5. Характерный спектр образца порошка нитрида лития, полученного при давлении синтеза 9 МПа.
Таблица2. Образцы нитрида лития
|
Номер образца |
Масса, г |
g |
H, Гс |
N, спин/г |
gдоп |
Параметры а |
Решетки с |
||
|
LN 1 |
1 |
0,0136 |
2,0017 |
1,1 |
1,2х1016 |
1,9924 |
3,662 |
6,874 |
|
|
LN 1 |
2 |
0,0254 |
2,0016 |
1,0 |
0,8х1016 |
1,9923 |
|||
|
LN 2 |
1 |
0,009 |
2,0013 |
0,6 |
6,4х1015 |
1,9951+1,9926 |
3,662 |
6,872 |
|
|
LN 2 |
2 |
0,0086 |
2,0012 |
0,35 |
1,4х1015 |
1,9950+1,9915 |
|||
|
LN 3 |
1 |
0,0109 |
2,0016 |
0,3 |
9,4х1014 |
1,9915 |
3,665 |
6,879 |
|
|
LN 3 |
2 |
0,013 |
2,0015 |
0,25 |
1,8х1015 |
1,9936+1,9918 |
|||
|
LN 4 |
1 |
0,0135 |
2,0012 |
0,3 |
1,1х1018 |
нет |
3,666 |
6,88 |
|
|
LN 4 |
2 |
0,0116 |
2,0013 |
0,35 |
3,3х1018 |
нет |
|||
|
LN 4 |
3 |
0,0388 |
2,0014 |
0,4 |
3,7 х1018 |
нет |
|||
|
LN 4 |
4 |
0,0254 |
2,0013 |
0,45 |
3,8 х1018 |
нет |
|||
|
LN 5 |
1 |
0,0174 |
2,0013 |
0,2 |
1,5х1015 |
1,9927+1,9900 |
3,668 |
6,881 |
|
|
LN 5 |
2 |
0,0079 |
2,0010 |
0,35 |
9,4х1014 |
1,9900 |
|||
|
LN 5 |
3 |
0,0221 |
2,0017 |
0,25 |
3,1 х1015 |
1,9932 |
|||
|
LN 5 |
4 |
0,0214 |
2,0010 |
0,45 |
2,5 х1015 |
1,9931 |
|||
|
LN 6 |
1 |
0,0082 |
2,0020 |
0,4 |
5,8х1018 |
нет |
3,668 |
6,881 |
|
|
LN 6 |
2 |
0,0138 |
2,0022 |
0,6 |
4,4х1018 |
нет |
|||
|
LN 6 |
3 |
0,0264 |
0,45 |
4,4х1018 |
нет |
||||
|
LN 6 |
3 |
0,023 |
0,45 |
5,0 х1018 |
нет |
||||
|
LN 7 |
1 |
0,0133 |
2,0014 |
0,4 |
1,7х1015 |
1,9930 |
3,669 |
6,882 |
|
|
LN 7 |
2 |
0,0099 |
2,0016 |
0,25 |
6,7х1014 |
1,9930 |
|||
|
LN 7 |
3 |
0,0207 |
2,0015 |
0,3 |
1,0 х1015 |
1,9929 |
|||
|
LN 7 |
4 |
0,0169 |
2,0015 |
0,35 |
0,8 х1015 |
1,9933 |
|||
|
LN 8 |
1 |
0,0179 |
2,0015 |
0,6 |
1,2х1017 |
нет |
3,669 |
6,882 |
|
|
LN 8 |
2 |
0,0104 |
2,0015 |
0,45 |
1,3х1017 |
нет |
|||
|
LN 9 |
1 |
0,0117 |
2,0016 |
0,5 |
3,0х1017 |
нет |
3,671 |
6,885 |
|
|
LN 9 |
2 |
0,0123 |
2,0011 |
0,3/ 10,0 |
1,4х1015/8,7х1017 |
1,9930 |
|||
|
LN 10 |
1 |
45 мг |
2,0015 |
0,4 |
1,7х1017 |
нет |
|||
|
LN 10 |
2 |
0,0099 |
2,0015 |
0,6 |
1,0х1017 |
1,99 |
3,672 |
6,886 |
Была изучена динамика взаимодействия СВЧ поля со спиновой системой образцов посредством изменения частоты модуляции магнитного поля от 35 Гц до 100 кГц, а также мощности излучения. По кривым насыщения сигналов ЭПР образцов нитрида лития, полученного при давлении синтеза 5 МПа, снятых при комнатной температуре измерения и fm=25 кГц были определены времена спин-решеточной релаксации и обменного взаимодействия. Ход кривых зависимости интенсивности сигнала ЭПР образцов от мощности СВЧ-излучения не меняется от давления синтеза. Кинетика спада амплитуды дополнительного бокового сигнала при повышенной мощности, как видно из рис.6 свидетельствует о неоднородном характере его уширения.
Рисунок 6. Кинетика спада амплитуды основного (y1) и дополнительных сигналов с g=1,9900 (y2) и 1,9927 (y3) при изменении мощности СВЧ излучения (x)
Для образцов нитрида лития, полученных при давлении синтеза 2, 4 и 5 MПа были проведены эксперименты по отжигу образцов непосредственно в резонаторе СВЧ при регистрации спектров ЭПР. Температурные измерения образцов показали, что g-фактор и форма линии не изменяются, а интенсивность сигнала уменьшается согласно закону Кюри вплоть до 2400С. После прекращения прогрева сигнал восстанавливался до исходных значений. При понижении температуры регистрации спектров до 77 К роста интенсивности сигнала ЭПР не наблюдалось.
Исследование термических свойств и, в частности, механизмов их термической деструкции помогают более точно установить молекулярную структуру полимеров, например последовательность расположения мономеров, боковых групп цепи и поперечных связей между цепями.
Образцы нитрида лития, независимо от давления синтеза и структурных особенностей, характеризуются стабильным парамагнитным поглощением близким по своим качественным характеристикам к поглощению неспаренного электрона в кубическом нитриде бор а, регистрируемому при повышенных температурах измерения.
Как мы уже отмечали, в ряде исследованных образцов было зарегистрировано несколько ЭПР-сигналов. Наряду с наиболее интенсивным центральным идентификационным сигналом ЭПР с g-фактором 2,0015 и шириной линии H = 0,2-1,0 Гс были зарегистрированы дополнительные сигналы ЭПР с низкой интенсивностью и величиной g-фактора <2. Наиболее выражен данный сигнал был в образцах синтезированных при относительно небольшом давлении до 3 МПа.
Ранее было показано [14], что для кристаллов нитрида бора с повышенным содержанием дефектов азотной природы с ростом температуры измерений дополнительно регистрируется одиночный сигнал с g = 2,0015. Поэтому и для образцов нитрида лития можно сделать предположение, что за сигнал с g = 2,0015, отвечают атомы азота, находящиеся в междоузельном положении. Дополнительные сигналы, предположительно связаны с невыявленными примесями Для установления природы ПЦ, ответственных за сигналы с g<2,00 необходимы дальнейшие исследования.
Заключение
Исследованы парамагнитные свойства порошков гексагонального нитрида лития, полученных при изменении давления синтеза.
Установлена деградация сигнала ЭПР при разгерметизации ампул с образцами, предположительно связанная с окислением нитрида лития.
Показано, что независимо от величины давления для всех образцов регистрируется основной сигнал с g-фактором равным 2,0015 и шириной линии до 1 Гс.
Определены параметры решетки, численные данные которых близки к значениям, полученным при теоретическом моделировании. Предложена модель дефектной структуры порошков нитрида лития.
Список использованной литературы
1. Прихна А.И. Физика и технология высоких давлений. 1995. Т.5. №3.
2. Singh B. P., Nover G., Will G. J. Cryst. Growth. 1995. V.152. №3. P.143.
3. Adv. Ceram. Rept. 1996. Июль. - 2-3. - ГПНТБ России.
4. Tsuda Osamu, Yamada Yukiko, Fujii Tsuyoshi, Yoshida Toyonobu. // J. Vac. Sci. and Technol. A. 1995. V.13. №6. P.2843.
5. Yan Pengxun, Yang Si-ze. Phys. status solidi A. 1995. V.151. №1. P. 191.
6. Mirkarimi P.B., Medlin D.L., McCarty K. F., Dibble D. C., Clift W. M., Knapp J. A., Barbour J. C. J. Appl. Phys. 1998. V.82. №4. P.1617
7. Рябин В.А., Термодинамические свойства веществ. 1983.
8. Морачевский С.М., Сладков Д.Ю. Физико-химические свойства молекулярных соединений.
9. Плющев В. E., Степин Б.Д. - Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия. М 1983.
10. Y. Nakamori, Г. Kitahara, K. Miwa, S. Towata, S. Orimo, Прикладная Физика. Научный Процесс. 2005
11. V.I. Krinichnyi, 2-mm Wave Band EPR Spectroscopy of Condensed Systems. Boca Raton: CRC Press, 1995.
12. С.А. Альтшулер, Б.М. Козырев, Электронный парамагнитный резонанс соединений элементов промежуточных групп. М.: Наука, 1972.
13. А.С. Марфунин, Спектроскопия, люминесценция и радиационные центры в минералах. М.: Недра, 1975.
14. Azarko I, Kozlova E., Odzhaev V., Yankovsky O., Ignatenko O., Shipilo V. Irradiation of cubic nitride microcrystals of different dopant-faulted structure with neutros of fission spectrum // Vacuum. - 2005. - V.78. - P.525-528.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Основы теории химической связи ковалентных кристаллов: теория МОЛКАO, приближение sp3-гибридизации. Элементарная теория комптон-эффекта. Приближение импульсной аппроксимации для связанных электронов. Расчет комптоновского профиля кубического нитрида бора.
курсовая работа [338,1 K], добавлен 12.04.2012Сущность и назначение процесса легирования полупроводников редкоземельными элементами, основные этапы его проведения и оценка практической эффективности. Люминесценция активированного РзЭ кубического нитрида бора и анализ полученных результатов.
реферат [17,8 K], добавлен 24.06.2010Схема эксперимента для исследования динамики формирования поля пространственного заряда пропускающих голограмм в кристалле ниобата лития. Динамика мощностей прошедшего и дифрагированного пучков, считывающих голограмму, формируемую записывающими пучками.
отчет по практике [352,1 K], добавлен 20.12.2015Кристаллическая структура и полупроводниковые свойства карбида кремния и нитрида алюминия. Люминесцентные свойства SiC и твердых растворов (SiC)1-x(AlN)x. Технологическая установка для выращивания растворов. Электронный микроскоп-микроанализатор ЭММА-2.
дипломная работа [175,9 K], добавлен 09.09.2012Электрофизические свойства полупроводников. Структура полупроводниковых кристаллов. Элементы зонной теории твердого тела. Микроструктурные исследования влияния электронного облучения на электрофизические характеристики полупроводниковых приборов.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 18.09.2015Второй по твёрдости материал после алмаза - кубический нитрид бора. Дифференциально-термический, рентгенофазовый и химический анализ образцов нитрида бора, полученных нагреванием в вакууме, особенности его взаимодействия с медью и другими металлами.
реферат [86,4 K], добавлен 26.06.2010Высокая химическая стойкость гексаферрита стронция, его дешевизна и области применения. Общая характеристика магнитотвердых материалов. Структура и свойства постоянных магнитов. Способы получения мелкодисперсных гексаферритов. Анализ проблем производства.
отчет по практике [2,0 M], добавлен 13.10.2015Основные оптические эффекты, приводящие к волноводному распространению электромагнитной волны. Самовоздействие световых пучков в фоторефрактивной среде. Кристаллохимическое описание стекол. Связь градиента концентрации ионов лития показателем преломления.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 21.01.2016Способы выращивания монокристаллов: спонтанная кристаллизация, гидротермальное выращивание, твердофазная рекристаллизация, зонная плавка, лазерный разогрев. Экспериментальное определение однородности вхождения оптических центров в кристалловолокне.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 18.07.2014Измерение интенсивности излучения ниобата лития по времени при различных температурах. Основные функции и возможности прибора для нагревания кристаллов, собранного на базе ПИД-регулятора ОВЕН ТРМ101, настройка прибора, инструкция по пользованию им.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 31.05.2014Механизм анодного окисления кремния. Влияние толщины пленки, сформированной методом ионной имплантации и водородного переноса, на ее электрофизические свойства. Электрофизические свойства структур "кремний на изоляторе" в условиях анодного окисления.
дипломная работа [327,8 K], добавлен 29.09.2013Биологическое влияние электрических и магнитных полей на организм людей и животных. Суть явления электронного парамагнитного резонанса. Исследования с помощью ЭПР металлсодержащих белков. Метод ядерного магнитного резонанса. Применение ЯМР в медицине.
реферат [28,2 K], добавлен 29.04.2013Эффекты, возникающие в кристаллах полупроводников и диэлектриков при механическом возбуждении ультразвуковыми колебаниями. Кристаллы ZnS с примесью хрома, выращенные из расплава под давлением инертного газа. Метод электронного парамагнитного резонанса.
реферат [45,5 K], добавлен 26.06.2010Понятие и общая характеристика резины, физические и потребительские свойства данного материала. Способы и методы, основные этапы получения, сферы и преимущества практического применения. Области применения материала в электротехнике и энергетике.
реферат [21,2 K], добавлен 30.06.2014Структура и типы квазикристаллов, методы их получения, области применения, физические свойства: оптические, механические и поверхностные, сверхпроводимость, магнетизм, теплопроводность. Электронный спектр и структурная стабильность. Возбуждения решетки.
курсовая работа [942,4 K], добавлен 14.01.2015Физические свойства висмута и его полиморфных модификаций. Исследование влияния мощных пучков заряженных частиц на микроструктуры и свойства мишеней. Преимущества применения методов рентгеноструктурного фазового анализа для расчета дифракционных картин.
курсовая работа [5,2 M], добавлен 13.08.2013Основные модели токопереноса и фоточувствительности поликристаллических пленок сульфида свинца. Технология получения и физические свойства тонких пленок PbS. Вольтамперные характеристики пленок сульфида свинца. Температурные зависимости образцов PbS31.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 19.01.2012Синтез и классификация нанокластеров и нанокластерных структур, их сущность и направления практического применения. Свойства изолированных и кластерных наносистем, их сравнительная характеристика, оценка преимуществ и недостатков, методы получения.
реферат [39,3 K], добавлен 08.06.2015Свойства нанокристаллических порошковых материалов на основе тугоплавких соединений. Высокоэнергетические методы консолидации порошковых наноматериалов. Получение спеканием и свойства плотных образцов карбонитрида титана c нанокристаллической структурой.
реферат [5,2 M], добавлен 26.06.2010Сущность магнитного поля, его основные характеристики. Понятия и классификация магнетиков - веществ, способных намагничиваться во внешнем магнитном поле. Структура и свойства материалов. Постоянные и электрические магниты и области их применения.
реферат [1,2 M], добавлен 02.12.2012
