| Tytuł: | Badanie rozpuszczalności azotku galu w amonotermalnym roztworze zasadowym w różnych warunkach fizykochemicznych |
| Kierownik projektu: | Karolina Grabiańska |
| Laboratorium: | Laboratorium Syntezy Amonotermalnej (NL-13) |
| Nazwa konkursu, programu: | PRELUDIUM |
| Numer projektu: | 2021/41/N/ST5/03669 |
| Data realizacji: | 25.01.2022 24.01.2025 |
| Podmiot realizujący: | Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk |
| Typ realizacji projektu: | Projekt realizowany samodzielnie |
| Przyznane środki ogółem: | 209 840 zł |
| Przyznane środki dla podmiotu: | 209 840 zł |
| Instytucja finansująca: | Narodowe Centrum Nauki |
Opis projektu
| Głównym celem tego projektu jest kompleksowe badanie rozpuszczalności azotku galu (GaN) w amonotermalnym roztworze alkalicznym z amidem sodu (NaNH2) jako mineralizatorem. Kryształy azotku galu o najlepszej jakości strukturalnej są hodowane metodą amonotermalną w nadkrytycznym roztworze amoniaku w autoklawach wysokociśnieniowych. Idea procesu amonotermicznego jest następująca: GaN, stosowany jako surowiec, jest rozpuszczany w amoniaku w stanie nadkrytycznym w jednej strefie autoklawu wysokociśnieniowego. Rozpuszczony surowiec jest transportowany do drugiej strefy, gdzie następuje przesycenie roztworu i krystalizacja GaN na rodzimych zarodkach. Odpowiedni gradient temperatury między strefami rozpuszczania i krystalizacji umożliwia konwekcyjny transport masy. Niektóre mineralizatory są dodawane do amoniaku w celu zwiększenia rozpuszczalności GaN. W ten sposób wzrost amonotermalny może być prowadzony w różnych środowiskach: zasadowym lub kwaśnym. Rodzaj środowiska jest oczywiście określany przez wybór mineralizatorów. Wzrost amonozasadowy wykorzystuje metale alkaliczne lub ich amidy jako mineralizatory, podczas gdy we wzroście amonokwasowym obecne są związki halogenkowe. Podstawowe mineralizatory obejmują głównie amidek litu, sodu lub potasu. Najczęściej badanym mineralizatorem podstawowym jest amidek potasu (KNH2). Jednak w literaturze można znaleźć kilka danych na temat eksperymentów rozpuszczalności z podstawowym mineralizatorem NaNH2. Powodem tego jest ogólnie przyjęta opinia o wyższej rozpuszczalności NaNH2 w amoniaku w porównaniu do NaNH2. Stwierdzono i powszechnie uważa się, że w przypadku NaNH2 stosowanego jako mineralizator obserwuje się normalny przebieg rozpuszczalności (wzrasta wraz ze wzrostem temperatury), rozpuszczalność GaN nie zależy od stężenia mineralizatora, NaNH2 bardzo słabo rozpuszcza się w nadkrytycznym amoniaku, a NaNH2 nie przyczynia się do rozpuszczania GaN. Z drugiej strony, najlepsze pod względem jakości strukturalnej i największe pod względem grubości i rozmiaru bocznego kryształy są hodowane podstawową metodą amonotermalną z NaNH2 jako mineralizatorem i z odwrotnym przebiegiem rozpuszczalności (zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury; nazywa się to wstecznym trybem rozpuszczalności). Bez wątpienia ta rozbieżność powinna zostać wyjaśniona. Rozpuszczalność GaN w funkcji temperatury, ciśnienia, czasu rozpuszczania, stężenia mineralizatora i powierzchni surowca GaN zostanie zbadana. Badana będzie rozpuszczalność GaN w amonozasadowych układach NaNH2-GaN-NH3 w zakresie temperatur 300-550 °C. Przede wszystkim zostanie zbadana kinetyka procesu rozpuszczania i czas do osiągnięcia roztworu nasyconego. Następnie analizowana będzie rozpuszczalność GaN w funkcji temperatury. Zbadany zostanie również wpływ ciśnienia amoniaku na rozpuszczalność GaN. Na koniec zostanie przeanalizowany i określony wpływ stężenia mineralizatora na proces rozpuszczania dla wybranych wartości temperatury i ciśnienia. Projekt ten pozwoli na poszerzenie podstawowej wiedzy na temat układu NaNH2-GaN-NH3. Bez wątpienia może on stanowić punkt wyjścia do dalszych prac nad opisem krystalizacji GaN w alkalicznych warunkach amonotermalnych. Właściwa analiza rozpuszczalności GaN jest absolutnie konieczna. Doprowadzi to do głębszego zrozumienia podstawowego procesu amonotermalnego wzrostu kryształów i dalszego, szybszego i lepszego rozwoju tej technologii. |