Легирование материалов

[yono]

Вот всегда было интересно, в твердые тела вводят легирующие элементы, чтобы изменить их свойства в нужном направлении. Но как происходит подбор легирующего вещества. Мне мало верится, что это дело чисто экспериментальное, некоторые твердые вещества синтезируют месяцами, плюс у многих из них чистота зашкаливает и там нужно всего пару атомов внедрить. Думаю, тут есть какая-то наука, но есть ли она в открытом доступе? Интересует именно каким образом подобрать легирующий элемент, не прибегая к сотням опытов, к примеру рассчитать, сядет-ли он в решетку или нет.

[Alkil]

Дело в том, что в разных случаях разные материалы легируют с разными целями. Могу привести примеры на основе монокристаллов, люминесцентных керамик и люминофоров. В данном случае, уже давно известно, как тот или иной ион ведет себя в плане люминесцентных характеристик в такой-то твердотельной матрице, известно, как ведет себя другой ион в той же матрице.

Исследователь может предположить, каким образом могут эти ионы взаимодействовать будучи оба внедрены в определенную кристаллическую решетку. Иногда это предположение верно, иногда нет. Зачастую один и тот же ион, который дает прекрасную люминесценцию в одной решетке, совершенно не работает в другой, или даже многоактиваторная система.

 

Так, что многое в синтезе люминесцентных (порошковых, монокристаллических, керамических) материалах делается практически наугад.

 

P.S. Кроме того, большое влияние оказывает еще и то, каким способом проводится легирование. Известны материалы, которые начинают проявлять свойства, присущие активированным определенным ионом только при легировании строго определенным способом.

[yono]

Дело в том, что в разных случаях разные материалы легируют с разными целями. Могу привести примеры на основе монокристаллов, люминесцентных керамик и люминофоров. В данном случае, уже давно известно, как тот или иной ион ведет себя в плане люминесцентных характеристик в такой-то твердотельной матрице, известно, как ведет себя другой ион в той же матрице.

Исследователь может предположить, каким образом могут эти ионы взаимодействовать будучи оба внедрены в определенную кристаллическую решетку. Иногда это предположение верно, иногда нет. Зачастую один и тот же ион, который дает прекрасную люминесценцию в одной решетке, совершенно не работает в другой, или даже многоактиваторная система.

 

Так, что многое в синтезе люминесцентных (порошковых, монокристаллических, керамических) материалах делается практически наугад.

 

P.S. Кроме того, большое влияние оказывает еще и то, каким способом проводится легирование. Известны материалы, которые начинают проявлять свойства, присущие активированным определенным ионом только при легировании строго определенным способом.

то есть, если задаться целью получить материал с заданными свойствами путем введения легирующего элемента, без эксперимента никуда не деться, просчитать нереально(ну или хотя бы предположить, что необходимо ввести)?

[Alkil]

Ну опять-таки применительно к люминесцентным материалам, в некоторых случаях предположить что именно ввести еще можно. А вот определить, сколько именно оптимально нужно ввести для того, чтобы материал обзавелся тем или иным свойством, уже труднее.

[yono]

Ну опять-таки применительно к люминесцентным материалам, в некоторых случаях предположить что именно ввести еще можно. А вот определить, сколько именно оптимально нужно ввести для того, чтобы материал обзавелся тем или иным свойством, уже труднее.

ну даже применительно к ним, можете парочку живых примеров привести, хотя бы логику понять

[Alkil]

Можно любую книгу по люминофорам открыть и посмотреть какие-нибудь двухактиваторные люминофоры. Например в случае, когда один активатор дает люминесценцию в полосе 550 нм при возбуждении 365 нм, а другой при этом же возбуждении дает люминесценцию в полосе 650 нм, в одной матрице эти материалы наиболее эффективны при строго определенном соотношении, которое впрочем будет строго определенным именно для этой матрицы. Таким образом, проводя синтез рядов люминофоров с разными концентрациями активатора 1 и активатора 2, находят оптимум, который например заключается в том, что оба активатора максимально "работают", или один из них преобладает. Смотря то, что нужно. Вот в этом и заключается то, что я сказал - теоретически предположить можно, что такие-то активаторы вроде по-отдельности люминесцируют в своих полосах. Теоретически предположили, что они смогут работать и вместе в одной матрице. Но уже практически нашли оптимальное соотношение между ними путем синтеза и их исследования.