Получение силанов 29SiH4 и 30SiH4 с высокой степенью химической и изотопной чистоты

• Автор: Лашков, Артём Юрьевич
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Оглавление
Введение.

ГЛАВА I. ПОЛУЧЕНИЕ И АНАЛИЗ МОНОИЗОТОПНЫХ МОНОСИЛАНОВ Литературный обзор

1.1. Методы получения и свойства моносилана природного изотопного состава

1.1.1. Методы синтеза Н4.

1.1.2. Методы глубокой очистки силана

1.1.3. Свойства моносилана.

1.2. Получение моноизотопных силанов

1.2.1. Получение и свойства тетрафторида кремния.

1.2.2. Получение и свойства гидрида кальция

1.2.3. Получение моноизотопных силанов восстановлением Е4

1.3. Методы химического и изотопного анализа силана.
1.4. Цель и задачи исследования.
ГЛАВА II. ПОИСК ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ БИТ, ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ Г4 И СаН2.
2.1. Повышение химической чистоты тетрафторида кремния при его синтезе термическим разложением ИаЕб
2.2. Синтез силана в вертикальном проточном реакторе
2.3. Описание синтеза силана в вертикальном проточном реакторе с позиций теории фильтрационного горения.
2.3.1. Экспериментальная часть.
2.3.2. Получение силана в вертикальном проточном реакторе в режиме спутной волны.
2.3.3. Синтез силана в вертикальном проточном реакторе в режиме встречной и спутной волны.
2.4. Синтез силана в горизонтальном проточном реакторе с применением
механической активации гидрида кальция
2.5. Источники примеси дисилоксана в силане, полученном из тетрафторида
кремния.
ГЛАВА III. ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКОЧИСТЫХ МОНОИЗОТОПНЫХ СИЛАНОВ Н4 И Н4.
3.1. Синтез силанов Н4 и Н4
3.2. Глубокая очистка силанов Б1Н4 и Н4
3.2.1. Очистка3 Н4 криофильтрацией.
3.2.2. Очистка 8Н4 и 8П низкотемпературной ректификацией.
3.2.3. Моделирование очистки моносиланов в колонне со средним кубом.
ГЛАВА IV. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.
4.1. Примесный состав силанов
4.2. Изотопный состав силанов .
4.3. Эффективность процессов синтеза и очистки с позиций выхода целевого
продукта.
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Исследовать примесный состав 8Р4, 8Р4, 8Н4, 8Н4 и факторы его определяющие. Разработать методику синтеза моноизотопных силанов 8Н4 и 8Н4 из тетрафторида кремния без изменения изотопного состава и с высоким выходом. Разработать методику глубокой очистки гидридов с сохранением изотопного состава и с высоким выходом. Научная новизна. Изучен примесный состав 8Н4 и 8Н4, полученных взаимодействием тетрафторида кремния и гидрида кальция и установлены факторы, определяющие содержание примесей в них. Установлено, что взаимодействие 8Р4 и СаН2 в вертикальном проточном реакторе протекает в форме самораспространяющейся локальной зоны экзотермической химической реакции в режиме фильтрационного горения. Определены основные параметры процесса максимальная линейная скорость движения волны реакции 1,7х1Г мс, максимальная температура в зоне реакции 0С. Разработана методика синтеза гидридов 8НЦ и 8Н с содержанием основного изотопа ,9 ат. Разработана методика глубокой очистки моноизотопных гидридов 84 и 8Н4 с обогащением ,9 ат. Впервые получены моноизотопные силаны с содержанием основного изотопа ,90,9 ат. Н4 и ,40,0 ат. Н4, с содержанием примесей углеводородов СС9 на уровне МО6 мол. Практическая ценность. Реализован способ получения моноизотопных Н4 и Н4 с содержанием основного изотопа более ,9 ат. Показано, что исходная концентрация химических примесей в изотопнообогашнных соединениях кремния является важным параметром, определяющим выход целевого моносилана с требуемой изотопной и химической чистотой. Развиты технологические примы, позволяющие повысить степень чистоты исходного Р4 и моносиланов за счт введения стадии предварительной термообработки гексафторсиликата натрия при получении Р4 и дополнительной обработки гидрида кальция сухим водородом в реакторе конверсии тетрафторида кремния в силан, соответственно. Разработана методика механохимического синтеза моносилана с выходом , со степенью превращения гидрида кальция при условии получения чистого силана. Эти результаты важны для развития фторидногидридной технологии получения кремния природного изотопного состава. Терморазложением гидридов получены образцы высокочистых 1 и с содержанием основных изотопов ,30,6 ат. В ИХВВ РАН для исследования свойств выращены монокристаллы и 8п Содержание газообразующих примесей О, С в монокристаллах 56 ат. Результаты описания синтеза силана с позиций теории фильтрационного горения. Методика механохимического синтеза силана. Апробация диссертации. Результаты работы докладывались на XIII и XIV Конференциях по химии высокочистых веществ Н. Новгород, ННГУ им. Н.И. Лобачевского, мая года Н. Новгород, мая 2 июня года XIXIII Конференциях молодых учныххимиков г. Нижнего Новгорода Н. Новгород, ННГУ им. Н.И. Лобачевского, мая года, мая года, мая года i Ii ii Владивосток, 16 сентября года V Научной Школе для молодых учных по химии и технологии высокочистых веществ и материалов Н. Новгород, ИХВВ РАН, 13 декабря года XVII Координационном научнотехническом семинаре по СВЧ технике Нижегородская область, п. Хахалы, 68 сентября года. Публикации результатов. По теме работы опубликованы 6 статей в российских научных журналах, тезисов докладов на международных и отечественных научных конференциях и получено 2 патента на изобретения. Структура и объм диссертации. Диссертация состоит из введения, четырх глав, выводов и списка литературы. Первая глава посвящена обзору литературы по тематике исследования. Рассмотрены методы получения, химические и физикохимические свойства силана, тетрафторида кремния и гидрида кальция, методы синтеза моноизотопного силана из тетрафторида кремния. Представлены методы химического и изотопного анализа силана. Во второй главе предложена методика повышения чистоты тетрафторида кремния в процессе его получения терморазложением 2i6. Кратко изложена теория фильтрационного горения и дано теоретическое описание процесса синтеза силана в вертикальном проточном реакторе с позиций данной теории. Описаны оптимальные условия проведения процесса синтеза силана.