Корзина
Ваша корзина пуста!
Это никогда не поздно исправить :)
Вольфрамат лития LiWO: монокристаллический и поликристаллический материал для фотоники и ионной оптики
Вольфрамат лития LiWO — диэлектрическое соединение с структурой вольфрамита (пространственная группа P2/c), температура плавления — 742 C, плотность монокристалла — 3,71 г/см. Материал применяется в виде монокристаллов, поликристаллических заготовок и прессованных таблеток. Ключевые функциональные свойства: люминесценция при возбуждении рентгеновским излучением, низкотемпературная ионная проводимость по Li, генерация второй гармоники в нелинейно-оптических схемах.
Физико-химические характеристики
- Кристаллическая система — моноклинная, параметры решётки: a = 8,31 , b = 11,57 , c = 5,03
- Ширина запрещённой зоны — 4,2–4,5 эВ
- Температура фазового перехода — 665 C (переход в шеелитоподобную фазу)
- Ионная проводимость при 300 C — 10–10 См/см
- Растворимость в воде при 20 C — 0,8 г/100 мл
- Показатель преломления ng — 1,89–1,92
Синтез и технология получения
Поликристаллический LiWO получают твердофазным спеканием LiCO и WO при 600–700 C в воздушной атмосфере. Монокристаллы выращивают методом Чохральского из стехиометрического расплава в платиновых тиглях при скорости вытягивания 1–3 мм/ч. Для сцинтилляционных элементов применяют зонную плавку с последующим отжигом при 500 C в течение 12–24 ч для снятия термических напряжений.
Применение по отраслям
- Ядерная физика — сцинтилляционные детекторы нейтронного и гамма-излучения в составе спектрометров
- Фотоника — нелинейно-оптические преобразователи частоты в лазерных системах на YAG:Nd
- Электрохимия — твёрдые электролиты литий-ионных источников тока с рабочей температурой 250–400 C
- Приборостроение — чувствительные элементы датчиков влажности и газоанализаторов на WO-основе
- Оптическое материаловедение — эталонные образцы для калибровки спектрометров комбинационного рассеяния
Технические параметры монокристаллов LiWO
| Параметр | Значение | Метод контроля | Условия эксплуатации | Примечание |
|---|---|---|---|---|
| Плотность | 3,71 г/см | Гидростатическое взвешивание | 20 C | Монокристалл |
| Твёрдость по Моосу | 4,0–4,5 | Склерометрия | 20 C | Поликристалл |
| Световыход | 12 000–15 000 фотон/МэВ | ФЭУ-спектрометрия | –50…+80 C | Сцинтиллятор |
| Ионная проводимость | 510 См/см | Импедансная спектроскопия | 300 C | Твёрдый электролит |
| Коэффициент теплового расширения | 1110 К | Дилатометрия | 20–500 C | Вдоль оси b |
Критерии выбора и контроля качества
Для сцинтилляционных применений лимитируется содержание примесей Fe, Mo, Cr на уровне 10 ppm — они формируют центры безызлучательной рекомбинации и снижают световыход. Оптические элементы из LiWO требуют двулучепреломления не выше 0,008 и оптической однородности n 510. При использовании в качестве твёрдого электролита контролируется плотность спекания — не менее 96 % от теоретической, поскольку открытая пористость снижает ионную проводимость на порядок.
Вопросы и ответы
При какой температуре вольфрамат лития переходит в шеелитоподобную фазу?
Фазовый переход из моноклинной структуры вольфрамита в тетрагональную шеелитоподобную модификацию происходит при 665 C. При охлаждении переход обратим, однако монокристаллы склонны к растрескиванию из-за анизотропии теплового расширения.
Какие примеси критичны для сцинтилляционного LiWO?
Наиболее опасны Fe, Mo и Cr — они создают глубокие центры захвата и тушат люминесценцию. Суммарное содержание этих примесей не должно превышать 10 ppm. Также лимитируется Na и K на уровне 50 ppm.
Можно ли использовать LiWO как твёрдый электролит при комнатной температуре?
Нет. Ионная проводимость по Li достигает практически значимых значений 10–10 См/см только при 250–400 C. При 20 C проводимость не превышает 10 См/см, что недостаточно для работы электрохимических устройств.
Какой метод выращивания применяется для получения крупных монокристаллов LiWO?
Основной промышленный метод — Чохральского из стехиометрического расплава в платиновом тигле. Скорость вытягивания — 1–3 мм/ч, скорость вращения затравки — 10–20 об/мин. Для сцинтилляторов дополнительно проводится отжиг при 500 C в течение 12–24 ч.