Автор Тема: Впервые синтезирован полупроводниковый нитрид титана  (Прочитано 89 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Онлайн Arkadiy

  • Moderator
  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 8 289
  • Репутация: +33/-8
    • Просмотр профиля
Американские химики впервые получили нитрид титана состава Ti3N4. Полученное соединение имеет кубическую симметрию и обладает полупроводниковыми свойствами. Получить его удается пока только при очень больших давлениях и температурах выше 2 тысяч градусов Цельсия, пишут ученые в Physical Review Materials.

Наиболее устойчивый нитрид титана имеет состав TiN и обладает кристаллической решеткой со структурой NaCl, в которой атомы титана и азота чередуются в узлах кубической сетки. Такое соединение (как и другие мононитриды элементов той же группы: гафния и циркония) известны своей твердостью, очень высокой температурой плавления и химической инертностью. Предполагалось, что, как гафний и цирконий, титан может образовывать с азотом бинарные соединения с другим стехиометрических составом, в котором на три атома титана приходится четыре атома азота, однако получить и описать такое вещество до настоящего времени не удавалось. Недавно химикам удалось синтезировать метастабильную фазу пернитрида титана TiN2, но все попытки синтезировать нитрид титана со стехиометрическим соотношением 3/4 до настоящего дня заканчивались неудачно.

Впервые получить нитрид титана состава Ti3N4 удалось американским ученым под руководством Тимоти Стробела (Timothy A. Strobel) из Института Карнеги в Вашингтоне. Для этого химики использовали ячейки с алмазными наковальнями с лазерным нагреванием. Давление, при котором происходило образование нужной фазы, составляло около 75 гигапаскалей (это в 750 тысяч больше атмосферного давления), а температура — около 2200 градусов Цельсия. Кристаллическая структура полученного соединения была подтверждена методами рентгено-структурного анализа и рамановской спектроскопии.

Кристаллическая структура полученного нитрида титана. Серыми шариками обозначены атомы титана, синими — атомы азота. Venkata S. Bhadram et al./ Physical Review Materials, 2018

Оказалось, что полученный кристалл имеет структуру типа тетрафосфида тритория Th3P4 c кубической симметрией, в которой атом азота находится в октаэдрическом окружении атомов титана, а титан в свою очередь окружен восемью атомами азота. Как и предполагалось, полученное вещество обладает полупроводниковыми свойствами. При этом ширина запрещенной зоны в нем оказалась больше, чем предполагалось по предварительным оценкам, и составила около 0,8 — 0,9 электронвольт.

При снижении давления полученная кристаллическая фаза довольно долго остается устойчивой. Однако при внешнем давлении около 5 гигапаскалей кристалл начинает разлагаться на азот и мононитрид титана. Все термодинамические и электронные свойства полученного вещества были также подтверждены теоретическими оценками с использованием теории функционала плотности. Расчеты показали, что при атмосферном давлении может быть устойчива другая фаза нитрида титана Ti3N4, которая тоже обладает полупроводниковыми свойствами, но имеет моноклинную симметрию.

По словам ученых, полученное соединение — первый пример нитрида титана с полупроводниковыми свойствами. За счет сочетания механических и электрических свойств такой материал может быть весьма перспективным для различных оптоэлектрических приложений, если удастся сделать его устойчивым при атмосферном давлении.

Многие материалы на основе нитридов элементов группы титана весьма интересны с точки зрения их механических и физических свойств. Так, по теоретическими оценкам соединению на основе нитрида гафния принадлежит рекорд тугоплавкости. А нитрид титана состава TiN обладает еще и прекрасными адгезионными свойствами, что позволяет использовать его для увеличения адгезии клеток к пластинам, используемым в «заплатках» на сердце.

Автор: Александр Дубов
 http://www.nanonewsnet.ru/news/2018/khimiki-vpervye-sintezirovali-poluprovodyashchii-nitrid-titana