Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии

DOI: 10.52150/2522-9117-2024-38-542-565

Бабаченко Олександр Іванович, чл.-кор. НАН України, д.т.н., с.н.с., директор, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0003-4710-0343. E-mail: office.isi@nas.gov.ua

Любека Ігор Михайлович, аспірант, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна.
Начальник виробничого відділу, ТОВ «Крис-Тех», вул. Калинова, 12, офіс 7, Дніпро, 49051, Україна. ORCID: 0009-0005-2440-5496

Кононенко Ганна Андріївна, д.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна.
ТОВ «Адитивні лазерні технології України», вул. Сергія Подолинського 31 б, м. Дніпро, Україна.
НТУ «Дніпровська політехніка», пр. Дмитра Яворницького, 19, м. Дніпро, 49005, Україна.
ORCID: 0000-0001-7446-4105. E-mail: perlit@ua.fm

Подольський Ростислав Вячеславович, Ph. D., н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна.
ТОВ «Адитивні лазерні технології України», вул. Сергія Подолинського 31 б, м. Дніпро, Україна.
ORCID: 0000-0002-0288-0641. E-mail: rostislavpodolskij@gmail.com

Сафронова Олена Анатоліївна, м.н.с., аспірант, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-4032-4275.
E-mail: safronovaaa77@gmail.com

Агарков Костянтин Володимирович, оператор з вирощування кристалів, ТОВ «Крис-Тех», вул. Калинова, 12, офіс, 7, Дніпро, 49051, Україна. ORCID: 0000-0002-3418-3664

ОТРИМАННЯ КРИСТАЛІВ ТеО2 ДЛЯ АКУСТООПТИЧНOГО ЗАСТОСУВАННЯ: СИРОВИНА, РІСТ, ВЛАСТИВОСТІ. (ОГЛЯД)

Анотація. Незважаючи на глибокий інтерес матеріалознавців до росту кристалів діоксиду телуру (TeO2), не існує єдиного джерела, до якого дослідники могли б звернутися для отримання вичерпних знань щодо протоколів синтезу цього матеріалу, його фізичних властивостей та характеристик, переліку виробів на його основі. З огляду на це, дана оглядова робота спрямована на заповнення цієї прогалини. Кристали TeO2 з унікальними оптичними та акустооптичними властивостями знаходяться у центрі уваги через їх високу ефективність при  використанні у спектральних, телекомунікаційних та оборонних технологіях. Завдяки напрочуд високій анізотропії та високим акустооптичним властивостям вони широко використовуються у акустооптичних приладах, таких як модулятори, дефлектори, та перенастроювані фільтри. Існують певні виклики у вирощуванні великих монокристалів TeO2, зокрема чутливість до термічних градієнтів та необхідність підтримання високої чистоти сировини. У цій оглядовій роботі зосереджено увагу на деяких аспектах підготовки сировини, різних методах вирощування, та огляді типових приладів, які виготовляються на основі цих кристалів. Також обговорено важливі оптичні та пружні характеристики TeO2, та окреслено основні невирішені питання, що залишаються актуальними для подальших досліджень. У цій оглядовій статті розглянуто потенціал розвитку ринку кристалів TeO2 з застосуванням у телекомунікаціях, лазерних системах, оборонних та інших високотехнологічних галузях, що вказує на важливість подальшого вдосконалення технологій вирощування та обробки цього матеріалу.

Ключові слова: акустооптика, монокристали, діоксид телуру, ріст кристалу, метод Чохральского.

DOI: https://doi.org/10.52150/2522-9117-2024-38-542-565

Посилання для цитування: Отримання кристалів ТеО2 для акустооптичнoго застосування: сировина, ріст, властивості (Огляд) / О. І. Бабаченко, І. М. Любека, Г. А. Кононенко, Р. В. Подольський, О. А. Сафронова, К. В. Агарков // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2024. Вип. 38. С. 542-565. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2024-38-542-565.

Перелік посилань

  1. Гуріна Г. І. Халькогени та їхні похідні. Навчальний посібник. Харків : ХНУМГ ім. О. М. Бекетова, 2019. 219 c.
  2. Goldfarb R. J., Berger B. R., George M. W., Seal II R. R. Tellurium: Chapter R of Critical Mineral Resources of the Unites States‐ Econmonic and Environmental Geology and Prospects for Future Supply. Reston, Va: USGS. 2017. Р. 1-40. https://doi.org/10.3133/pp1802R
  3. Tellurium. Supply and Applications,February 2019, Conference: SME Annual Meeting At: Denver, Colorado. URL: https://www.researchgate.net/publication/330986012_Tellurium_Supply_and_Applications
  4. Jun Pei, Bowen Cai, Hua-Lu Zhuang, Jing-Feng Li Bi2Te3-based applied thermoelectric materials: research advances and new challenges. Natl Sci Rev. 2020. Vol. 7. No. 12. Р. 1856. https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa259
  5. Bibin J., Varadharajaperumal S. Comprehensive Review on CdTe Crystals: Growth, Properties, and Photovoltaic Application. The Physics of Metals and Metallography. 2023. Vol. 124. Р. 1795–1812. https://doi.org/10.1134/S0031918X2110094X
  6. Photon-counting CT – Siemens Healthineers. Siemens Healthineers | Corporate Home. URL: https://www.siemens-healthineers.com/computed-tomography/ct-technologies-and-innovations/photon-counting-ct
  7. Thomas P. A. Solid State Physics The crystal structure and absolute optical chirality of paratellurite, α-TeO2C. Journal of Physics. 1988. Vol. 21. P. 4611. https://doi.org/10.1088/0022-3719/21/25/009
  8. Beyer H. Refinement of the Crystal Structure of Tellurite, the Orthorhombic TeO2 Z. Kristallogr. 1967. Vol. 124. P. 228–237.
  9. Blanchandin S., Marchet P., Thomas P., Champarnaud-Mesjard J. C., Frit B., Chagraoui A. New investigations within the TeO2-WO3 system: phase equilibrium diagram and glass crystallization. Journal of Materials Science. 1999. Vol. 34. Р. 4285–4292. https://doi.org/10.1023/A:1004667223028
  10. Champarnaud-Mesjard C., Blanchandin S., Thomas P., Mirgorodsky A. P., Merle-Mejean T., Frit B. Crystal structure, Raman spectrum and lattice dynamics of a new metastable form of tellurium dioxide: γ-TeO2. Journal of physics and chemistry of solids. 2000. Vol. 61. P. 1499.
  11. Beaudrya J.-N., Greniera S., Amratea S., Mazzerab M., Zappettini A. Synthesis of high purity, stoichiometric controlled, TeO2 powders.  Materials Chemistry and Physics. 2012. Vol. 133. P. 804–807. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2012.01.097
  12. Arnaboldia C., Brofferio C., Bryant A. et al. Production of high purity TeO2 single crystals for the study of neutrinoless double beta decay. Journal of Crystal Growth. 2010. Vol. 312(20). P. 2999-3008. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2010.06.034
  13. Arlt G., Schweppe H. Paratellurite, a new piezoelectric maternal. Solid State Communications. 1968. Vol. 6(11). P. 783–784.
  14. Liebertz J. Einkristallzüchtung von Paratellurit (TeO2). Kristall Und Technik. 1969.  Vol. 4(2). P. 221–225.
  15. Miyazawa S., Iwasaki H. Single Crystal Growth of Paratellurite TeO2. Japanese Journal of Applied Physics. 1970. Vol. 9(5). P. 441–445.
  16. Miyazawa S., Kondo S. Preparation of paratellurite TеO2. Mat. Res. Bull. 1973. Vol. 8. P. 1215-1222.
  17. Miyazawa S. Fluid-flow effect on gas-bubble entrapment in czochralski-grown oxide crystals. Journal of Crystal Growth. 1980. Vol. 49. P. 515–521.
  18. Otsi L., Hartmann E., Vajna B. The growth of TeO2 crystals from the boiling solution. Acta Physica Hungarica. 1985. Vol. 57 (3-4). P. 295-301.
  19. Han L., Liu C., Wang X., Li F., Fan C., Zhang J. Low-temperature aqueous solution growth of the acousto-optic TeO2 single crystals. Mater. Adv. 2024. Vol. 5. P. 3022-3028. https://doi.org/10.1039/D4MA00058G
  20. Bonner W. A., Singh S., Van Uitert L. G., Warner A. W. High quality tellurium dioxide for acousto-optic and non-linear applications. Journal of Electronic Materials. 1972. Vol. 1. P. 154–164. https://doi.org/10.1007/BF02660359
  21. Uchida N., Ohmachi Y. Elastic and Photoelastic Properties of TeO2 Single Crysta. Journal of Applied Physics. 1969. Vol. 40.  P. 4692-4695.
  22. Veber P., Mangin J., Strimer P., Delarue P., Josse C., Saviot L. Bridgman growth of paratellurite single crystals.  Journal of Crystal Growth. 2004. Vol. 270. P. 77–84.
  23. Chu Y., Li Y., Ge Z., Wu G., Wang H. Growth of the high quality and large size paratellurite single crystals. Journal of Crystal Growth. 2006. Vol. 295. P. 158–161.
  24. Kokh A. E., Shevchenko V. S., Vlezko V. A., Kokh K. A. Growth of TeO2 single crystals by the low temperature gradient Czochralski method with nonuniform heating. Journal of Crystal Growth. 2013. Vol. 384. P. 1–4. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2013.08.027
  25. Довгий Я. О., Кость Я. П., Маньковська І. Г., Сольський І. М. Оцінка ширини гіроактивної екситонної зони кристала ТеО2. Фізика і хімія твердого тіла. 2007. Т. 8, № 3. С. 481-485.
  26. Uchino T., Yoko T. J. Ab initio cluster model calculations on the vibrational frequencies of TeO2 glass. Journal of Non-Crystalline Solids. 1996. Vol. 204(3) P. 243-252.
  27. Ozer Z., Mamedov A. M., Ozbay E. BaTiO3 and TeO2 based gyroscopes for guidance systems: FEM analysis. Ferroelectrics. 2016. Vol. 497:1. P. 15-23. https://doi.org/10.1080/00150193.2016.1160726
  28. Uchida N. Optical Properties of Single-Crystal Paratellurite (TeO2). Phys. Rev. 1971. B 4. P. 3736.
  29. Pilgun Yu. V., Smirnov Ye. M. Broadband acoustooptic diffraction of two-wavelength light in paratellurite. Ukr.J.Phys.Opt. 2010. Vol. 11. P. 28-43.
  30. Dovhyj Ya. O., Kost Ya. P., Man’kovska I. G. Oscillator-oscillator interactions and the parameters of spatial dispersion in α-TeO2 and α-SiO2. Ukr. J. Phys. 2008. V. 53, N 1. P.69-73.
  31. TeO2 material properties. Products. URL: http://crys-teh.com/Products/ (date of access: 03.12.2024).

No widgets added. You can disable footer widget area in theme options - footer options

Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
Logo