Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

ANALYSIS OF COMPOUND AND HOMOGENEITY OF DOPED POWDER SAMPLES BASED ON NIOBIUM I. R. Elizarova1, S. M. Masloboeva1,2 I I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences”, Apatity, Russia 2Apatity Branch of Murmansk Arctic State University, Apatity, Russia Abstract Capabilities and particularities were considered for application of LA ICP-MS at research of compound and dopant distribution homogeneity of doped Nb2O5 precursors and LiNbO3 charge. Matrix effect was shown to be absent at LA ICP-MS analysis of powder samples. Keywords: laser ablation, mass-spectrometry analysis, doping, precursor, charge, niobium pentoxide, lithium niobate. Получение монофазной шихты ниобата лития (НЛ) с химически равномерно распределенной легирующей примесью для выращивания однородных монокристаллов представляет собой сложную технологическую задачу. Легирование НЛ бором описано в работе [1], в которой отмечено, что методы введения добавки определяют возможность получения кристаллов высокой степени оптическойоднородности и структурного совершенства. Авторами [2] использован твердофазный синтез шихтыLiNbO 3 <B) из смесиLi 2 CO 3 :NhOs :H 3 BO 3 .В [3, 4] описаныспособы гомогенного легирования Mg илиZn пентаоксидов ниобия, из которых синтезируетсяшихта LiNbO 3 для выращивания легированных кристалловНЛ. Особый интерес представляетшихта LiNbO3, синтезированная из прекурсоров NhO5, содержащих в заданных количествах две допирующие примеси, например Mg и Zn, которые могут существенно изменять структуру монокристаллов ниобата лития, а следовательно, и его свойства. Методом ЛА ИСП-МС анализируют твердые образцы по профилю глубины и плоской поверхности. Сведения о возможности изучения таблетированных (без связующего) проб методомЛАИСП-МС приведеныв [5-7]. В [ 8 , 9] указаны оптимальные параметрыЛА геологических проб, стандартного стекла NIST-612 и пластин ниобата лития. В то же время в [ 10 ] сделан акцент на том, что выявить строгие количественные связи особенностей испарения минерального вещества, его ионизации, аналитического сигнала с особенностями локальной кристаллохимии минерала в общем случае, по-видимому, не представляется возможным. Авторы отмечают, что на этапе плавления, испарения, транспортировки пробы в плазменный факел масс-спектрометра существенное влияние на аналитический отклик прибора оказывают эффекты элементного фракционирования. Это подтверждают результаты, приведенные в [11-13]. На сегодняшний день для использования лазерной абляции в масс-спектрометрическом анализе таблетированных проб нет однозначных рекомендаций по выбору условий исследования состава и химической гомогенности проб. Данная работа посвящена исследованиям методом ЛА ИСП-МС химической однородности легированных прекурсоров NbO 5 и шихты LiNbO Использовали аналитический комплекс, включающий масс-спектрометр с индуктивно-связанной плазмой (ELAN-9000 DRC-e, Perkin Elmer, США) и в качестве инструмента вскрытия пробы приставку лазерной абляции “UP-266 MACRO” (New Wave Research, США) с источником излучения Nd : YAG (длина волныизлучения 266 нм). Результат следуетрассматривать как элемент химико-аналитического сопровожденияразработки технологической схемы синтеза этих продуктов. Исследование порошковых проб Nb 2 O 5 (В) и шихты LiNbOз(В) Синтез NhO 5 <B) и шихты LiNbO 3 <B) проведен подобно описанному в [14]. Из порошковых проб без связующего изготавливалитаблеткидиаметром (0) 12мм прессованиемв металлическойобечайке придавлении~ 10 6 Па. Сканирование поверхноститаблетированных проб осуществляли лазерным пучкоммощностью ( W) лазерного излучения с плотностью (р) энергии лазера > 13 Дж/см2. Мощность лазерного импульса 40-100 % от возможной величины (1 Вт), частота следования импульсов 5-8 Гц. Результаты рентгенофазового анализа свидетельствуют, что в выбранных условиях синтеза шихта LiNbO 3 ( 8 ) получается монофазной при содержаниях бора в ней менее 2 мас. %, при более высоких концентрациях бора наряду с основной фазойNb 2 O 5 образуется фаза Li 2 Nb 4 B 2 O 14 . Таблица 1 Концентрация бора (%мас.) в прекурсоре NbOsffi) и шихте LiNbObffi)_____________________ №опыта ВNb2O5 ВLiNbO3 Расчетная* АЭС-ИСП ИСП-МС ЛАИСП-МС Расчетная** АЭС-ИСП ИСП-МС ЛАИСП-МС 1 5 2,57 3,2 3,4 2,32 2,34 2,3 2,28 2 3 1,15 1,30 1,32 1,04 0,93 0,97 1,00 3 2 0,3 0,5 0,48 0,27 0,20 0,22 0,25 4 1,4 0,1 0,2 0,18 0,09 0,035 0,05 0,06 *КонцентрацияборавNb 2 O 5 понавескеборнойкислоты. **Концентрация бора в LiNbO 3 , рассчитанная по содержанию бора в Nb 2 O 5 с учетом синтеза шихты конгруэнтного состава (мольное отношение [Li] : [Nb] =0,946). 603