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

излучений, которые могут быть востребованы в компонентах систем безопасности и таможенного контроля, медицинской диагностической и космической технике, промышленной дефектоскопии, геофизике. При изготовлении таких детекторов важны следующие характеристики ZnO: прозрачность в видимой области спектра, хорошие термические и механические свойства, высокая плотность (5,61 г/см2) и высокая радиационная стойкость. Для увеличения электронной проводимости ZnO используют легирование его трехвалентными катионами (Ga3+, In3+, Al3+). Установлено, что ZnO : Ga и ZnO : In обладают малым временем высвечивания и высоким световыходом, т. е. имеют самую высокую среди известных люминофоров добротность (отношение световыход / время спада) [ 1 ]. Такая керамика может быть изготовлена методом горячего прессования высокочистых сцинтилляционных нанопорошков на основе ZnO с контролируемыми составом, размером и морфологией частиц. Основой технологии является масштабное получение нанопорошков ZnO со сферическими частицами размером не более 150 нм [2]. Ультратонкие порошки ZnO можно получить гидролизом карбоксилатных солей цинка [3], сольвотермическим [4] и гидротермальным синтезом [5], распылительным пиролизом [ 6 ]. В работе [7] порошки оксида цинка, легированного галлием (0,075 мас. %), получены методом сжигания гидративного нитрата цинка Zn(NO 3 ) 2 - 6 H2O и нитрата галлия Ga(NO 3) 3 при температуре 145 оС с использованием в качестве топлива сахарозы с расходом 0,6 г на 1 г конечного продукта. Продукт сжигания прокаливали при 500 оС в течение 1 ч для удаления примеси углерода. Получен порошкообразный ZnO : Ga с удельной поверхностью £уд. = 17,8 м2/г и расчетным размером частиц 60 нм. Методом электронной микроскопии с использованием трансэмиссионного электронного микроскопа «TEM-125» установлено, что частицы порошка являются сферическими диаметром 40-80 нм. Для некоторых частиц наблюдается сильный неоднородный контраст (точки и пятна в пределах частицы), что свидетельствует об их поликристаллическом строении. Целью данной работы является получение порошков чистого и легированного ZnO с размерами частиц на уровне 1 0 0 нм методом сжигания с применением сахарного песка в качестве топлива. Экспериментальная часть В качестве исходных веществ использовали гидративные нитраты Zn(NO 3 ) 2 ^ 6 H 2 O, Ga(NO 3 ) 3 8 H 2 O, A 1 (NO 3 ) 3 9 H 2 0 , In(NO 3 ^ 3 H 2 O и коммерческий сахар. Образцы чистого ZnO получали сухим способом. При этом навески Zn(NO 3 ) 2 ^ 6 H 2 O и сахара, взятых из расчета синтеза 10 г ZnO, загружали в однолитровый термостойкий стеклянный стакан, перемешивали стеклянной палочкой, стакан помещали в предварительно нагретый до заданной температуры сушильный шкаф и после 40-минутной выдержки извлекали его для охлаждения на воздухе. Образцы легированного ZnO получали сухим и мокрым способами. При мокром способе навески исходных веществ в стехиометрических количествах загружали в стеклянный стакан, добавляли 1 0 мл воды, оставляли на 7-10 мин до достижения сиропообразного состояния и помещали в сушильный шкаф. Во всех случаях продукт сжигания измельчали в агатовой ступке и прокаливали при 500 оС в течение 1 ч. Удельную поверхность £уд. варисторных порошков определяли методом термической десорбции азота на лабораторном электронном измерителе удельной поверхности и пористости “Flow Sorb II 2300”. Средний размер частиц порошков вычисляли по формуле: d = К/^уд.■ р, где d — средний диаметр частиц; К — коэффициент формы частиц, равный 6 для сферических и кубических частиц; р — плотность вещества. Результаты и их обсуждение В таблице 1 представлены свойства порошка чистого ZnO в зависимости от расхода сахара в интервале 3-5 г и температуры. Из полученных данных следует, что оптимальными условиями получения наноразмерного порошка ZnO являются: расход сахара 4 г на 10 г конечного продукта, температура синтеза 200 °С. В результате образуется порошкообразный ZnO с размером частиц 38 нм. Таблица 1 Свойства порошка чистого ZnO в зависимости от условий синтеза П / п Расход сахара, г Температура, °С £уд., м2/г Размер частиц, нм 1 3,0 2 0 0 17,67 60 2 3,5 2 0 0 18,91 57 3 3,5 300 16,6 64 4 4 2 0 0 28,1 38 5 5 2 0 0 26,8 40 В связи с полученными данными синтез образцов легированного ZnO проводили при 200 °С с расходом сахара 4 г. Легирование осуществляли в двух-, трёх- и четырехкомпонентных системах. Суммарная добавка легирующих компонентов составляла 0,05, 0,1 и 0,15 мас. % в пересчете на соответствующие оксиды (Ga 2 0 3, Ш 2 О 3 , AI 2 O 3 ). 765