Физико-химические свойства редкоземельных элементов, используемых в активных компонентах волоконно-оптических систем передачи | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №20 (154) май 2017 г.

Дата публикации: 17.05.2017

Статья просмотрена: 76 раз

Библиографическое описание:

Туляганов З. Я. Физико-химические свойства редкоземельных элементов, используемых в активных компонентах волоконно-оптических систем передачи // Молодой ученый. — 2017. — №20. — С. 83-85. — URL https://moluch.ru/archive/154/43445/ (дата обращения: 23.09.2018).



Современное развитие науки и техники ставит перед производством оптикоэлектронных приборов и устройств принципиально новые задачи, для решения которых необходимо существенно улучшить параметры современных оптоэлектронных систем и создать принципиально новую элементную базу.

В современных технологиях обработки материалов большое внимание уделяется методам вакуумной, в том числе, ионной технологии, позволяющим создавать поверхностные структуры с прогнозируемыми физико-химическими и технологическим свойствами.

На базе научно-исследовательских и конструкторских разработок по исследованию процессов взаимодействия заряженных частиц с поверхностями твердых тел создано новое технологическое направление — ионная обработка материалов, которую возможно использовать для обработки перспективных материалов, создания электронно-оптических и телекоммуникационных приборов.

В связи с этим создание устройств передачи и приема, преобразования и обработки информации на основе модифицированных материалов, разработка новых способов создания материалов, легированных различными добавками, в том числе редкоземельными элементами с целью формирования заданных технологических свойств с улучшенными параметрами, исследование их физико-химических свойств представляют большой научный и непосредственно практический интерес.

Анализ научно-технической литературы и информации по исследованию физико-химических свойств оптических материалов и созданию на их основе электронно-оптических устройств позволяет сделать вывод о том, что существуют работы, в которых были исследованы оптические свойства материалов, легированных различными примесями, для формирования светотехнических и усилительных характеристик обычными химическими методами, которые имеют следующие недостатки: большое содержание гидроксильных групп, трудности изготовления оптических заготовок вследствие многостадийности процесса, требующего перехода с одного оборудования на другое.

В последнее время больше внимания уделяется исследованиям физико-химических и оптических свойств покрытий редкоземельных металлов на оптических материалах. Редкоземельные элементы, как материалы для исследования процессов по их легированию в другие материалы, являются малоизученными, и пока технологически сложными. Например, соединения эрбия из-за высоких окислительных свойств являются нестабильными, легко взаимодействуют с воздухом и водой, а в обычных технологических процессах изготовления оптических усилителей используются водные растворы хлорида эрбия.

Эрбий входит в состав лантаноидов и примыкает к группе четырнадцати родственных элементов (церия, презеодима, неодима, прометия, самария, европия, гадолиния, тербия, диспрозия, гольмия, тулия, иттербия и лютеция). В семействе лантаноидов элементы имеют два внешних электронных слоя, которые построены почти одинаково, а изменения претерпевает третий слой, число электронов которого возрастает от 18 до 32 (от лантана к лютецию). Так как химические свойства элементов связаны со структурой внешних электронных слоев, изменение числа электронов отражается на них довольно слабо. Поэтому все лантаноиды по свойствам похожи друг на друга и являются как бы членами «гомологического ряда» лантана.

В природе лантаноиды очень рассеяны и встречаются всегда в смесях друг с другом, лантаном и иттрием. Несмотря на то, что содержание почти всех лантаноидов в земной коре больше, чем «обычных» элементов, например ртути, их практическое использование невелико. Одной из причин этого является трудность отделения элементов друг от друга. В свободном состоянии лантаноиды представляют собой типичные металлы, по большинству свойств сходные с лантаном (церий-европий) или иттрием (гадолиний- лютеций). Все лантаноиды, как правило, трехвалентны.

Элементы из семейства лантаноидов являются серебристо- белыми металлами, но на воздухе они более или менее быстро приобретают серый или слабо желтый оттенок. Их важнейшие константы приведены ниже [1].

Рис. 1.

Электропроводность этих металлов, как правило, близка к электропроводности ртути. По относительной стоимости (если принять стоимость золота за единицу) на мировом рынке лантаноиды образуют три группы соответственно с коэффициентами 0,2 (Се, Pr, Nd) 0,5 (Sm, Gd, Dy, Ho, Er, Yb) 2,5 (Eu, Tb, Tu, Lu). Электрохимические эквиваленты для эрбия составляют 0,579 мг/Кл и 2,084 гАч. В 0,5 нормальном растворе фосфорной кислоты ток обмена составляет 1,8 10° А на квадратный сантиметр.

Согласно данным, [1] эрбий взаимодействует с азотом при нагревании, образуя нитрид эрбия, взаимодействует с водой и водородом при нагревании, и медленно взаимодействует с воздухом. Незначительные взаимодействия наблюдаются с едким калием. Заметно взаимодействует эрбий с азотной кислотой, серной и соляной кислотой. Слабое взаимодействие наблюдается с фосфорной кислотой, плавиковой кислотой и гидроокисью натрия. Аналогичные химические свойства проявляются и у других лантаноидов. Известно, что эрбий при низких температурах реагирует с водородом с образованием ЕгН3, а при температурах 600–800°С с образованием ЕгН2. Оба гидрида представляют собой кристаллические вещества (пирофорны в мелкодисперсном состоянии).

Соединение типа ЕгС13 образуется дегидратацией кристаллогидратов или взаимодействием окислов с NFLiCl. Гигроскопичные соединения с температурой плавления 1480–2030°С хорошо растворяются в воде, пиридине, этиловом спирте, образуют комплексы, двойные хлориды, оксихлориды, поглощают аммиак.

Бромиды эрбия могут быть образованы дегидратацией кристаллогидратов или взаимодействием оксида эрбия с NH4Br. Соединения очень гигроскопичны, температура плавления составляет 640–950°С, при обычной температуре реагируют с аммиаком.

Соединения эрбия с йодом получают синтезом из элементов. Температура плавления составляет 737–10500С. Соединения образуют комплексы.

При взаимодействии окислов с фтористоводородной кислотой при 700°С или дегидратации кристаллогидратов, образуются соединения типа ErF3.Температура плавления соединений составляет 1140–1500°С. Соединения мало растворимы в воде и минеральных кислотах, однако растворимы в HF NH4F, разлагаются концентрированной серной кислотой, склонны к образованию комплексов и двойных фторидов.

При взаимодействии оксидов или хлоридов эрбия с H2S образуются соединения эрбия с серой (как правило, при нагревании в присутствии алюминия). Сульфиды образуются также в запаянных ампулах при нагреве с серой в вакууме. Сульфиды, как правило, тугоплавки, температура плавления их превышает 1300°С.

Соединения с кислородом, типа ЕrО3, получают при нагревании в кислороде. Оксиды отличаются высокой жаростойкостью, не разлагаются разбавленными минеральными кислотами и щелочами (температура плавления выше 2000°С).

Ампульным синтезом могут быть получены соединения эрбия с фосфором (возможно соединение фосфина с эрбием), соединения эрбия с теллуром и селеном при температурах 1400–2000°С. Возможно получение соединений эрбия с кремнием и германием (соединения устойчивы до 5000С, однако разлагаются кислотами и водой).

Нитрид эрбия может быть получен путем непосредственного взаимодействия металлов с азотом в среде азота, или аммиака, при нормальном давлении и температуре 800–1200°С, а также азотированием гидридов или восстановлением оксидов углем с одновременным азотированием. Нитриды устойчивы в сухом воздухе, легко гидролизуются в воде и влажном воздухе, разлагаются в растворах кислот и щелочей.

Получены также дибориды эрбия путем синтеза элементов при взаимодействии оксидов металлов с карбидом бора и восстановлением металлов бором в вакууме. Бориды обладают высокими (2000–2500°С) температурами плавления, высокой электропроводностью и твердостью. Гексабориды имеют низкие значения работы выхода.

Получены также бериллиды всех лантаноидов при сплавлении бериллия с металлами в среде аргона или восстановлением в вакууме. Свойства соединений не изучены. Соединения эрбия с углеродом легко разлагаются водой, алюминиды эрбия хрупки и неустойчивы, ряд других соединений не представляет практического интереса и слабо изучен. Свойства соединений эрбия [2] изучены недостаточно, однако для практического использования применимы лишь чистый эрбий, оксид эрбия и соли эрбия (хлориды, нитраты). Нет данных по соединениям эрбия с органическими материалами.

При термическом испарении лантаноидов в вакууме, в том числе, эрбия, необходим нагрев материала до температуры образования насыщающих паров порядка 1–100 Па. В случае нагрева эрбия, таких данных нет, однако, исходя из данных по другим материалам, при температурах плавления 1400–1500°С необходимые температуры испарения составят не менее 2000–21000С. В случае нагрева электронным потоком (например, в медном водоохлаждаемом тигле), при электронно-лучевом испарении рефлектированная мощность составит не менее 15–20 %. При испарении эрбия из вольфрамовых лодочек в вакууме, или тиглей из диборида титана, молибдена, или углерода, возможно его заметное взаимодействие с материалом тигля.

Литература:

  1. Свойства элементов. Справочник под ред. Самсонова В. Г. – М.: Металлургия, 1976. – 383 с.
  2. Серебрянников В. В. Химия редкоземельных элементов. – Томск: изд. Томского университета, 1959. – 520 с.
Основные термины (генерируются автоматически): соединение эрбия, температура плавления, эрбий, материал, лантаноид, дегидратация кристаллогидратов, практический интерес, практическое использование, фосфорная кислота, взаимодействие окислов.


Похожие статьи

Синтез некотoрых производных... | Молодой ученый

Антиоксидантные добавки используются для защиты смазочных и других материалов от окисления.

Рис. 1. Кинетические кривые автоокисления кумола в присутствии соединений (1–3), T

Для определения значения к7- константы скорости взаимодействия ингибитора с...

Влияние содержание бора и фосфора на физико-химические...

В этом отношении перспективным оказывается путь химического модифицирования цеолита с использованием соединений B, Mg, P, Si и

Температура реакции не оказывала влияния на конверсию спирта, которая составляла 92–100 %, конверсия этилбензола возрастала с...

Особенности производства фианитов методом гарниссажа

...коричневого и, вероятно, других цветов добавлением церия, неодима, хрома, эрбия и

Окрашенная пленка из шпинелеобразных окислов имеет температуру плавления выше, чем температура плавления фианита, а также не растворяется в концентрированных кислотах.

Особенности обезвоживания кристаллогидратов...

Одним из примеров, где решение задачи обезвоживания кристаллогидратов имеет практическое значение

При обычной температуре кристаллы медного купороса на воздухе не выветриваются. Он служит исходным материалом для производства различных солей меди [2].

Изучение коррозии железа в уксусной кислоте в присутствии...

При использовании сильных кислот для обработки реставрируемого предмета наряду с удалением продуктов коррозии (ржавчины) железа происходит

Объектом исследования является процесс взаимодействия железа и уксусной кислоты при комнатной температуре.

Эффект влияния концентрации оксида магния на...

Применение фосфорной кислоты на кизельгуре приводит к получению смеси, обогащенной о-цимолом [4]. Использование AlCl3 дает смесь, обогащенную м-изомером и практически не

34,3. 7,9. Конверсия толуола возрастала с увеличением температуры с 9,2 до 27,7мас. %.

Проблемы, возникающие в процессе выпаривания экстракционной...

Большинство конструкционных материалов подвергается интенсивной коррозии под воздействием горячей фосфорной кислоты, содержащейся в

Использование дешевого отбросного пара сернокислотного производства для проведения процесса выпаривания.

Методы получения терефталоилхлорида и пути...

ТФХ может быть получен также при взаимодействии гексахлорксилолов со сложными эфирами в присутствии в качестве катализаторов соединений железа и алюминия при температуре от 140 до 185 °С. Практический интерес представляет применение этой реакции к отходам...

Получение и анализ свойств наноструктурированных...

Введение. Композиционные материалы на основе ферритовых систем, включающих оксиды железа, никеля, кобальта, марганца, цинка, иттрия и эрбия в силу значительных различий в физико-химических, а также статических и динамических магнитных свойствах...

Синтез некотoрых производных... | Молодой ученый

Антиоксидантные добавки используются для защиты смазочных и других материалов от окисления.

Рис. 1. Кинетические кривые автоокисления кумола в присутствии соединений (1–3), T

Для определения значения к7- константы скорости взаимодействия ингибитора с...

Влияние содержание бора и фосфора на физико-химические...

В этом отношении перспективным оказывается путь химического модифицирования цеолита с использованием соединений B, Mg, P, Si и

Температура реакции не оказывала влияния на конверсию спирта, которая составляла 92–100 %, конверсия этилбензола возрастала с...

Особенности производства фианитов методом гарниссажа

...коричневого и, вероятно, других цветов добавлением церия, неодима, хрома, эрбия и

Окрашенная пленка из шпинелеобразных окислов имеет температуру плавления выше, чем температура плавления фианита, а также не растворяется в концентрированных кислотах.

Особенности обезвоживания кристаллогидратов...

Одним из примеров, где решение задачи обезвоживания кристаллогидратов имеет практическое значение

При обычной температуре кристаллы медного купороса на воздухе не выветриваются. Он служит исходным материалом для производства различных солей меди [2].

Изучение коррозии железа в уксусной кислоте в присутствии...

При использовании сильных кислот для обработки реставрируемого предмета наряду с удалением продуктов коррозии (ржавчины) железа происходит

Объектом исследования является процесс взаимодействия железа и уксусной кислоты при комнатной температуре.

Эффект влияния концентрации оксида магния на...

Применение фосфорной кислоты на кизельгуре приводит к получению смеси, обогащенной о-цимолом [4]. Использование AlCl3 дает смесь, обогащенную м-изомером и практически не

34,3. 7,9. Конверсия толуола возрастала с увеличением температуры с 9,2 до 27,7мас. %.

Проблемы, возникающие в процессе выпаривания экстракционной...

Большинство конструкционных материалов подвергается интенсивной коррозии под воздействием горячей фосфорной кислоты, содержащейся в

Использование дешевого отбросного пара сернокислотного производства для проведения процесса выпаривания.

Методы получения терефталоилхлорида и пути...

ТФХ может быть получен также при взаимодействии гексахлорксилолов со сложными эфирами в присутствии в качестве катализаторов соединений железа и алюминия при температуре от 140 до 185 °С. Практический интерес представляет применение этой реакции к отходам...

Получение и анализ свойств наноструктурированных...

Введение. Композиционные материалы на основе ферритовых систем, включающих оксиды железа, никеля, кобальта, марганца, цинка, иттрия и эрбия в силу значительных различий в физико-химических, а также статических и динамических магнитных свойствах...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Синтез некотoрых производных... | Молодой ученый

Антиоксидантные добавки используются для защиты смазочных и других материалов от окисления.

Рис. 1. Кинетические кривые автоокисления кумола в присутствии соединений (1–3), T

Для определения значения к7- константы скорости взаимодействия ингибитора с...

Влияние содержание бора и фосфора на физико-химические...

В этом отношении перспективным оказывается путь химического модифицирования цеолита с использованием соединений B, Mg, P, Si и

Температура реакции не оказывала влияния на конверсию спирта, которая составляла 92–100 %, конверсия этилбензола возрастала с...

Особенности производства фианитов методом гарниссажа

...коричневого и, вероятно, других цветов добавлением церия, неодима, хрома, эрбия и

Окрашенная пленка из шпинелеобразных окислов имеет температуру плавления выше, чем температура плавления фианита, а также не растворяется в концентрированных кислотах.

Особенности обезвоживания кристаллогидратов...

Одним из примеров, где решение задачи обезвоживания кристаллогидратов имеет практическое значение

При обычной температуре кристаллы медного купороса на воздухе не выветриваются. Он служит исходным материалом для производства различных солей меди [2].

Изучение коррозии железа в уксусной кислоте в присутствии...

При использовании сильных кислот для обработки реставрируемого предмета наряду с удалением продуктов коррозии (ржавчины) железа происходит

Объектом исследования является процесс взаимодействия железа и уксусной кислоты при комнатной температуре.

Эффект влияния концентрации оксида магния на...

Применение фосфорной кислоты на кизельгуре приводит к получению смеси, обогащенной о-цимолом [4]. Использование AlCl3 дает смесь, обогащенную м-изомером и практически не

34,3. 7,9. Конверсия толуола возрастала с увеличением температуры с 9,2 до 27,7мас. %.

Проблемы, возникающие в процессе выпаривания экстракционной...

Большинство конструкционных материалов подвергается интенсивной коррозии под воздействием горячей фосфорной кислоты, содержащейся в

Использование дешевого отбросного пара сернокислотного производства для проведения процесса выпаривания.

Методы получения терефталоилхлорида и пути...

ТФХ может быть получен также при взаимодействии гексахлорксилолов со сложными эфирами в присутствии в качестве катализаторов соединений железа и алюминия при температуре от 140 до 185 °С. Практический интерес представляет применение этой реакции к отходам...

Получение и анализ свойств наноструктурированных...

Введение. Композиционные материалы на основе ферритовых систем, включающих оксиды железа, никеля, кобальта, марганца, цинка, иттрия и эрбия в силу значительных различий в физико-химических, а также статических и динамических магнитных свойствах...

Синтез некотoрых производных... | Молодой ученый

Антиоксидантные добавки используются для защиты смазочных и других материалов от окисления.

Рис. 1. Кинетические кривые автоокисления кумола в присутствии соединений (1–3), T

Для определения значения к7- константы скорости взаимодействия ингибитора с...

Влияние содержание бора и фосфора на физико-химические...

В этом отношении перспективным оказывается путь химического модифицирования цеолита с использованием соединений B, Mg, P, Si и

Температура реакции не оказывала влияния на конверсию спирта, которая составляла 92–100 %, конверсия этилбензола возрастала с...

Особенности производства фианитов методом гарниссажа

...коричневого и, вероятно, других цветов добавлением церия, неодима, хрома, эрбия и

Окрашенная пленка из шпинелеобразных окислов имеет температуру плавления выше, чем температура плавления фианита, а также не растворяется в концентрированных кислотах.

Особенности обезвоживания кристаллогидратов...

Одним из примеров, где решение задачи обезвоживания кристаллогидратов имеет практическое значение

При обычной температуре кристаллы медного купороса на воздухе не выветриваются. Он служит исходным материалом для производства различных солей меди [2].

Изучение коррозии железа в уксусной кислоте в присутствии...

При использовании сильных кислот для обработки реставрируемого предмета наряду с удалением продуктов коррозии (ржавчины) железа происходит

Объектом исследования является процесс взаимодействия железа и уксусной кислоты при комнатной температуре.

Эффект влияния концентрации оксида магния на...

Применение фосфорной кислоты на кизельгуре приводит к получению смеси, обогащенной о-цимолом [4]. Использование AlCl3 дает смесь, обогащенную м-изомером и практически не

34,3. 7,9. Конверсия толуола возрастала с увеличением температуры с 9,2 до 27,7мас. %.

Проблемы, возникающие в процессе выпаривания экстракционной...

Большинство конструкционных материалов подвергается интенсивной коррозии под воздействием горячей фосфорной кислоты, содержащейся в

Использование дешевого отбросного пара сернокислотного производства для проведения процесса выпаривания.

Методы получения терефталоилхлорида и пути...

ТФХ может быть получен также при взаимодействии гексахлорксилолов со сложными эфирами в присутствии в качестве катализаторов соединений железа и алюминия при температуре от 140 до 185 °С. Практический интерес представляет применение этой реакции к отходам...

Получение и анализ свойств наноструктурированных...

Введение. Композиционные материалы на основе ферритовых систем, включающих оксиды железа, никеля, кобальта, марганца, цинка, иттрия и эрбия в силу значительных различий в физико-химических, а также статических и динамических магнитных свойствах...

Задать вопрос