Фторид стронция (SrF₂) — ионное соединение с кубической кристаллической решёткой типа флюорита. Бесцветные кристаллы, обладающие широкой прозрачностью в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра (0,12-10 мкм).
Физ. Свойства:
Фторид стронция представляет собой типичное ионное соединение с ярко выраженными кристаллооптическими характеристиками, обусловленными его кубической кристаллической структурой типа флюорита (пространственная группа Fm3̄m). Параметр элементарной ячейки составляет a = 5,7996 Å, при этом каждый ион стронция окружен восемью ионами фтора, образуя кубическую координацию, а каждый ион фтора — четырьмя ионами стронция в тетраэдрическом окружении.
Оптические свойства SrF₂ характеризуются широкой областью прозрачности от глубокого ультрафиолета (λ ≈ 120 нм) до среднего инфракрасного диапазона (λ ≈ 10 мкм). Показатель преломления при длине волны 589 нм составляет 1,439, с низкой дисперсией в видимой области спектра. Ширина запрещенной зоны достигает 11,3 эВ, что обеспечивает исключительную прозрачность в УФ-области. Коэффициент пропускания в оптимальном диапазоне (0,2-8 мкм) превышает 90% для полированных образцов толщиной 2 мм.
Термические свойства демонстрируют высокую стабильность: температура плавления 1477°C, температура кипения 2460°C. Коэффициент линейного термического расширения при комнатной температуре составляет 18,4·10⁻⁶ K⁻¹, а удельная теплоемкость — 54,1 Дж/(моль·К). Теплопроводность кристаллов SrF₂ при 300K равна 8,5 Вт/(м·К), что значительно выше, чем у многих других фторидов.
Механические характеристики включают твердость по Моосу 3,5-4, модуль Юнга 96 ГПа и модуль сдвига 39 ГПа. Кристаллы SrF₂ хрупкие, с плотностью 4,24 г/см³ при комнатной температуре. Предел прочности на разрыв составляет около 40-50 МПа для монокристаллических образцов.
Электрические свойства характеризуются высоким удельным сопротивлением (>10¹⁴ Ом·см при 300K) и диэлектрической проницаемостью ε = 7,3 в статическом режиме. Ширина запрещенной зоны 11,3 эВ обуславливает крайне низкую собственную проводимость при комнатной температуре.
Магнитные свойства соответствуют диамагнитному поведению с магнитной восприимчивостью χ = -0,52·10⁻⁶ см³/моль, что типично для соединений с замкнутыми электронными оболочками. В кристаллах, легированных редкоземельными элементами, могут наблюдаться парамагнитные свойства при низких температурах.
Акустические свойства включают скорость продольных волн 5800 м/с и поперечных — 3300 м/с. Акустооптическая добротность (M₂) составляет 1,1·10⁻¹⁸ с³/г для длины волны 633 нм.
Поверхностные характеристики: энергия поверхности 280-320 мДж/м², работа выхода электронов 5,5 эВ. Кристаллы SrF₂ гидрофобны, с краевым углом смачивания водой около 80-85°.
Растворимость в воде крайне низкая (0,012 г/100 мл при 25°C), что связано с высокой энергией кристаллической решетки (ΔH⁰ₚ = 2430 кДж/моль). В кислотах растворяется только при нагревании, устойчив к действию большинства органических растворителей.
Получение:
- Реакция карбоната стронция с HF:
- SrCO3+2HF→SrF2+CO2↑+H2O
- Осаждение из растворов:
- Sr(NO3)2+2NaF→SrF2↓+2NaNO3
- Плавление SrCl₂ с NH₄F:
- SrCl2+2NH4F→SrF2+2NH4Cl(при нагревании)
Применение:
В ядерной физике и радиационной технике SrF₂ играет важную роль благодаря своим сцинтилляционным свойствам. При легировании редкоземельными элементами (особенно европием) кристаллы SrF₂ приобретают способность эффективно преобразовывать энергию ионизирующего излучения в световые вспышки. Такие сцинтилляторы применяются в детекторах частиц, медицинской диагностической аппаратуре (ПЭТ-сканеры) и системах радиационного мониторинга. Быстрый отклик (время сцинтилляции около 1 мкс) и высокая радиационная стойкость делают SrF₂:Eu особенно ценным для этих применений.
В лазерной технике SrF₂ используется как активная среда и компонент лазерных систем. Кристаллы, легированные ионами диспрозия, тулия или других редкоземельных элементов, позволяют создавать твердотельные лазеры, работающие в среднем инфракрасном диапазоне (2-3 мкм). Такие лазеры находят применение в медицине (хирургия), системах связи и спектроскопии. Оптические элементы из SrF₂ также применяются в мощных эксимерных лазерах в качестве выходных окон и рассеивателей.
В микроэлектронике тонкие пленки SrF₂ используются как высококачественные диэлектрики в специализированных приборах. Благодаря высокой диэлектрической проницаемости (ε ≈ 7.3) и широкой запрещенной зоне (11.3 эВ), они служат эффективными изолирующими слоями в высоковольтных устройствах и радиационно-стойкой электронике. Особый интерес представляет применение SrF₂ в качестве буферных слоев при эпитаксиальном выращивании полупроводниковых структур.
В химической промышленности SrF₂ используется как катализатор в реакциях фторирования и как источник фтора в специальных процессах. Его химическая стабильность при высоких температурах позволяет применять его в агрессивных средах, где другие катализаторы быстро деградируют. В металлургии SrF₂ иногда добавляют в специальные флюсы для улучшения характеристик металлических расплавов.
Перспективным направлением является использование наноструктурированного SrF₂ в фотонике и плазмонике. Наночастицы SrF₂, особенно легированные редкоземельными ионами, демонстрируют интересные люминесцентные свойства и могут применяться в биомаркерах, сенсорах и устройствах квантовой памяти. Исследуется также возможность создания на основе SrF₂ новых оптических материалов с управляемыми характеристиками для интегральной оптики и фотовольтаики.
В аэрокосмической отрасли SrF₂ применяется в качестве материала для оптических элементов спутниковых систем и космических телескопов. Его устойчивость к космической радиации и способность сохранять оптические характеристики в широком температурном диапазоне делают его особенно ценным для этих применений. Оптические покрытия на основе SrF₂ защищают чувствительные детекторы от агрессивного космического излучения.
0 комментариев