Bizmutan ołowiu

Bizmutan ołowiu tworzy pięciowartościową strukturę. Sześć atomów tlenu jest skoordynowanych oktaedrycznie z każdym atomem bizmutu. Dzięki współdzieleniu krawędzi atomów tlenu powstaje warstwa Bi ₂ O ₆ ^{2− .} Dodatnio naładowane atomy ołowiu są rozproszone między warstwami, tworząc heksagonalną komórkę elementarną, z atomem ołowiu w każdym z rogów.

Bizmutan ołowiu jest nadprzewodnikiem o wzorze Pb (BiO ₃ ) ₂ . odkryto dopiero w ostatnich latach w laboratorium, ponieważ nie występuje naturalnie. Bizmutan ołowiu tworzy strukturę pięciowartościową, znacznie różniącą się od regularnych oddziaływań jonowych bizmutanu sodu , ale podobną do bizmutanu strontu. W strukturze sześć atomów tlenu jest skoordynowanych oktaedrycznie z atomami bizmutu i ołowiu. Atomy bizmutu i tlenu tworzą ujemnie naładowane warstwy, tworząc powtarzające się warstwy geometrie oktaedryczne . Dodatnio naładowane atomy ołowiu są następnie rozprowadzane w warstwach, tworząc sześciokątną komórkę elementarną, z atomem ołowiu w każdym z rogów. Gęstość kryształu wynosi 9,18 g/ ^cm3 . Masa formuły wynosi 233,99 g/mol. Objętość jednostki struktury krystalicznej wynosi 169,26 ^A3 . Parametry sieci (a) to 5,321 angstremów.

Używa

Właściwości półprzewodników

Jednym z pierwszych odkrytych zastosowań bizmutanu ołowiu była jego zdolność do bycia półprzewodnikiem . Domieszkowany metalem, który ma o jeden elektron mniej (domieszkowanie typu p), ma zdolność przewodzenia. Jego współczynnik wydajności również wzrasta do zakresu od 0,2 do 0,6. Jego zastosowanie jako półprzewodnika polega na zmieszaniu Bi ₂ O ₃ , PbO i SiO ₂ w farbie i pokryciu farbą paneli słonecznych. Różne rozpuszczalniki i składy trzech chemikaliów dały różne wydajności półprzewodników.

Aplikacje szklane

Bizmutan ołowiu ma szeroki zakres transmitancji w widmie IR.7 Po domieszkowaniu Li2O _w celu utworzenia Li2O- _[ Bi2O3 _{- PbO} ] transmitancja może wzrosnąć powyżej 10-15 mikrometrów. Powyższy rysunek przedstawia widmo IR kompozycji szkła 30Li2O-35[Bi2O3-PbO], które zawiera 30 procent molowych Li ₂ O.

Wlewanie różnych stężeń molowych Li2O do struktury bizmutanu ołowiu w celu utworzenia Li ₂ O-[Bi ₂ O ₃ -PbO] może zwiększyć widma transmitancji szkła bizmutanowego ołowiu w zakresie widzialnym i poza nim.7 Rysunek przedstawia promieniowanie UV-Vis Widma kompozycji szkła bizmutanowego ołowiu z (a) 20, (b) 30, (c) 40, (d) 50 i (e) 60 procent molowych _Li2O .

Szkło z bizmutu ołowiu stało się bardzo przydatne w sektorze przemysłowym i elektrycznym. Szkło bizmutanowe ołowiu ma gęstość w przedziale 7,639-7,699 g/cm ³ i współczynnik załamania światła w przedziale 2,47-2,9. Ale co najważniejsze, szkło z bizmutu ołowiu ma wyjątkowo duże okno transmisyjne, zawierające długości fal w zakresie podczerwieni (IR) i długości fal widzialnych w zakresie UV. Dzięki temu bizmutan ołowiu może być stosowany w urządzeniach spektralnych, takich jak przełączniki optyczne i urządzenia fotojonowe, systemy detekcji oparte na czułości na podczerwień (IR) i promieniowanie cieplne, materiały laserowe, światłowody i rysunki włókien bezkrystalicznych. Niestety, szkło z bizmutu ołowiu nie może się samoistnie uformować i jest raczej trudne do wykonania. Gdy bizmutan ołowiu topi się w procesie formowania szkła, staje się mniej stabilny i ma tendencję do krystalizacji wraz ze spadkiem temperatury, tworząc mniej półprzezroczysty i błyszczący produkt. Bizmutan ołowiu ma wysoki poziom zawartość jonów paramagnetycznych . Zatem bizmutan ołowiu w połączeniu ze wzrastającymi stężeniami kationów metali lub adduktów tlenków, takich jak Fe2O3 , _MnO lub Gd2O3 _{zwiększa efekt} stabilizacji _i okno transmisyjne bizmutanu ołowiu, powodując krystalizację struktury szkła. Na przykład zmiana procentu molowego Li ₂ O w szkle z bizmutu ołowiu za pomocą wzoru Li ₂ O-[Bi ₂ O ₃ -PbO] może zwiększyć zakres transmisji do długości fal powyżej 10–15 mikrometrów w widmach IR i 420–450 nm w widmach UV-Vis. Naukowcy pracują nad ulepszeniem bizmutu ołowiu poprzez rozszerzenie okna transmisyjnego, aby pasowało do jeszcze większej liczby zastosowań optycznych. W szczególności badania wykazały, że jeśli do stabilizacji szkieł bizmutowych ołowiu stosuje się jednocześnie wystarczające ilości tlenków baru i cynku, spadek przepuszczalności podczerwieni staje się nieznaczny w porównaniu ze stabilnością szkła. Jednak te tlenki nie są równe i nie mogą być całkowicie zastąpione przez siebie. Dlatego oba powinny być dostępne i wykorzystywane razem, aby zminimalizować krystalizację i poprawić stabilizację szkła, tak aby tylko nieznacznie spadła transmisja podczerwieni.

Aplikacje do rozkładu substancji organicznych

Bizmutan ołowiu jest fotokatalitycznie aktywny. Może być stosowany do rozkładu związków organicznych pod wpływem promieniowania widzialnego. Jest to przydatne do celów ochrony środowiska i uzdatniania wody. Jednak bizmutan ołowiu nie jest tak skuteczny w rozkładaniu materii organicznej jak inne tlenki metali lub bizmutyny ze względu na szerokie pasmo walencyjne i małe pasmo wzbronione.

Notatki

•   Culea, Eugen (1 stycznia 2011). „Strukturalne i magnetyczne zachowanie szkieł ołowiowo-bizmutanowych zawierających jony metali ziem rzadkich”. Dziennik ciał stałych niekrystalicznych . 357 (1): 50–54. doi : 10.1016/j.jnoncrysol.2010.09.013 . ISSN 0022-3093 .
• US 4235644 , Christopher RS ​​Needes, „Grubowarstwowe metalizacje srebra do krzemowych ogniw słonecznych”, wydany 31.08.1979, przydzielony EI du Pont de Nemours and Co  
•   Hong-Tao, Słońce; De-Bao, Zhang; Shi-Qing, Xu; Shi-Xun, Dai; Li-Li, Hu; Zhong Hong, Jiang (2004). „Właściwości fizyczne nowatorskich okularów bizmutanowo-ołowiowych z dużymi oknami transmisyjnymi”. Chińskie litery fizyki . 21 (9): 1759. doi : 10.1088/0256-307X/21/9/023 . ISSN 0256-307X .
• Pan, A.; Ghosh, A. (20 czerwca 2002). „Korelacja dynamiki relaksacji i widm przewodnictwa ze zwężeniem kationów w szkłach przewodzących jony” . Przegląd fizyczny B. 66 (1): 012301. doi : 10.1103/PhysRevB.66.012301 .
•   Pisarski, Wojciech A.; Pisarska, Joanna; Lisiecki, Radosław; Dominiak-Dzik, Grażyna; Ryba-Romanowski, Witold (2 kwietnia 2012). „Wygaszanie luminescencji jonów Dy3 + w ołowiowych szkłach bizmutanowych”. Listy z fizyki chemicznej . 531 : 114–118. doi : 10.1016/j.cplett.2012.01.071 . ISSN 0009-2614 .