RU2808456C1 - Твердотельный суперионный электролит для серебро-ионного эмиттера - Google Patents
Твердотельный суперионный электролит для серебро-ионного эмиттера Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808456C1 RU2808456C1 RU2023112786A RU2023112786A RU2808456C1 RU 2808456 C1 RU2808456 C1 RU 2808456C1 RU 2023112786 A RU2023112786 A RU 2023112786A RU 2023112786 A RU2023112786 A RU 2023112786A RU 2808456 C1 RU2808456 C1 RU 2808456C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrolyte
- silver
- ion
- superionic
- water
- Prior art date
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 30
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 title 1
- 229910005839 GeS 2 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 31
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 abstract description 25
- 239000004332 silver Substances 0.000 abstract description 25
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 15
- -1 silver ions Chemical class 0.000 abstract description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 abstract description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 2
- UQMCSSLUTFUDSN-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenegermane Chemical compound [GeH2]=S UQMCSSLUTFUDSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 229910021612 Silver iodide Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 3
- 241001226615 Asphodelus albus Species 0.000 description 2
- 229910002781 RbAg4I5 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- VDNSGQQAZRMTCI-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenegermanium Chemical compound [Ge]=S VDNSGQQAZRMTCI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JKFYKCYQEWQPTM-UHFFFAOYSA-N 2-azaniumyl-2-(4-fluorophenyl)acetate Chemical compound OC(=O)C(N)C1=CC=C(F)C=C1 JKFYKCYQEWQPTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002782 Rb2AgI3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052946 acanthite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229940045105 silver iodide Drugs 0.000 description 1
- 229940056910 silver sulfide Drugs 0.000 description 1
- XUARKZBEFFVFRG-UHFFFAOYSA-N silver sulfide Chemical compound [S-2].[Ag+].[Ag+] XUARKZBEFFVFRG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- YPMOSINXXHVZIL-UHFFFAOYSA-N sulfanylideneantimony Chemical compound [Sb]=S YPMOSINXXHVZIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002226 superionic conductor Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области получения направленных пучков ионов серебра и может быть использовано в ионно-лучевых технологиях для обработки материалов и в аэрокосмической технике для создания миниатюрных двигательных систем. Техническим результатом является получение электролита для ионной эмиссии, который устойчив к низким температурам, химически стабилен в атмосферной влаге и не разлагается в воде и в её парах любой насыщенности, плохо растворим в воде, источник ионов не окисляется при взаимодействии с кислородом воздуха, при его использовании не применяется серебряная паста, необходимая для контакта серебряного резервуара и суперионного электролита. Технический результат достигается за счет применения твердотельного суперионного электролита GeS2-Sb2S3-Ag2S-AgI с мобильными ионами серебра для ионной эмиссии, который наносится в виде пленки на металлическое остроконечное основание из серебра, при этом сульфид германия стабилизирует стеклообразную систему и открывает дополнительные транспортные каналы для движения подвижных ионов, устойчивого к низким температурам и к атмосферной влаге. 1 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области получения направленных пучков ионов серебра и может быть использовано в ионно-лучевых технологиях для обработки материалов и в аэрокосмической технике для создания миниатюрных двигательных систем.
Разработки простых и компактных ионных эмиттеров с различными сортами испускаемых ионов сейчас активно ведутся в мире. Такие источники могут быть применены как для модификации материалов, так и в качестве элемента двигательной ионной установки для появившихся относительно недавно аппаратов формата кубсат. Одним из наиболее перспективных типов ионных эмиттеров являются полностью твердотельные ионные эмиттеры, где в качестве источника ионов используют суперионный твердотельный электролит. Твердотельный серебро-ионный эмиттер состоит из серебряного стержня с заостренным концом, на поверхность которого нанесена пленка суперионного электролита с мобильными ионами серебра, и электрода-экстрактора. При подаче определенного потенциала на эмиттерный узел осуществляется полевая эмиссия ионов серебра с поверхности твердого электролита.
Известен электроспрейный ионный эмиттер (EP №3604805 A1 «Ion thruster for thrust vectored propulsion of a spacecraft»), в котором в качестве источника ионов используют жидкий металл - цезий, помещенный в игольчатый эмиттер. Изобретение относится к области получения ионных двигателей для управления вектором тяги космического аппарата. Под действием электрического поля происходит ионная эмиссия, что приводит к испусканию ионов цезия. Недостатком такого технического решения является окисление цезия при взаимодействии с кислородом воздуха.
Известен еще один ионный источник (Escher, C. Vacuum ion emission from solid electrolytes: An alternative source for focused ion beams // Applied physics letters. - 2006. - Vol. 89, No. 5, P. 3), состоящий из серебряного стержня с заостренным концом, на поверхность которого нанесен аморфный электролит AgI-AgPO3 с подвижными ионами серебра. Для контакта электролита со стержнем использовали серебряную пасту. Недостатком данного аналога является разложение в атмосферной влаге и наличие серебряной пасты, служащей источником загрязнений электролита посторонними примесями.
Прототипом настоящего изобретения является твердотельный ионный эмиттер (RU № 1 656 83 U1 «Точечный твердотельный источник ионов серебра»). Полезная модель относится к области получения направленных потоков положительно заряженных ионов серебра и может быть использована в аэрокосмической технике для создания миниатюрных электростатических ракетных двигателей, в ускорительной технике и в ионно-лучевых приборах для технологической обработки материалов и микрозондовых исследований. Ионный эмиттер состоит из серебряного резервуара, представляющего собой цилиндр с остроконечным основанием, на поверхность которого нанесена пленка кристаллического суперионного электролита RbAg4I5, при этом подвижными ионами такой системы являются катионы серебра, бесконтактного омического нагревателя, выполненного в виде керамического полого цилиндра с нагревательными элементами, расположенными на внешней поверхности цилиндра, внутри которого размещен точечный твердотельный источник ионов серебра, нагреваемый до температуры ниже температуры плавления используемого электролита. Ионная эмиссия подвижных ионов происходит при температуре 195°С. Недостатки данного технического решения: разложение кристаллического электролита в атмосферной влаге, разложение при низких температурах [1] и деградация материала при температурах ниже 27°C с образованием Rb2AgI3 и AgI [2].
Технической проблемой, на которую направлено данное изобретение, является получение электролита для ионной эмиссии, который устойчив к низким температурам, химически стабилен в атмосферной влаге и не разлагается в воде и в ее парах любой насыщенности, плохо растворим в воде, источник ионов не окисляется при взаимодействии с кислородом воздуха, при его использовании не применяется серебряная паста, необходимая для контакта серебряного резервуара и суперионного электролита и служащая источником загрязнений электролита посторонними примесями.
Техническим решением указанной задачи является применение твердотельного суперионного электролита GeS2-Sb2S3-Ag2S-AgI, с мобильными ионами серебра для ионной эмиссии, который наносится в виде пленки на металлическое остроконечное основание из серебра, при этом сульфид германия стабилизирует стеклообразную систему и открывает дополнительные транспортные каналы для движения подвижных ионов, устойчивого к низким температурам и к атмосферной влаге.
Краткое описание фигур.
Фигура 1: Рентгенограмма стеклообразного электролита GeS2-Sb2S3-Ag2S-AgI.
В качестве электролита в изобретении применен стеклообразный суперионный электролит GeS2-Sb2S3-Ag2S-AgI с мобильными ионами серебра для ионной эмиссии, который наносится в виде пленки на металлическое остроконечное основание из серебра, при этом сульфид германия стабилизирует стеклообразную систему и открывает дополнительные транспортные каналы для движения подвижных ионов, сульфид сурьмы является стеклообразователем, сульфид серебра дополнительно стабилизирует электролит, а за счет йодида серебра стеклообразная система является суперионной.
Стеклообразный электролит синтезировали методом плавления в высокотемпературной трубчатой печи, закалку осуществляли в охлажденной воде. Получение ионного эмиттера осуществляли в аргоновой атмосфере путем обмакивания заостренного серебряного стержня в расплав стекла с последующим вытягиванием.
Применительно к настоящему изобретению был проведен эксперимент с целью доказательства устойчивости суперионного электролита к низким температурам и к атмосферной влаге. По результатам рентгенофазового анализа доказана устойчивость электролита к низким температурам. Таким образом, при использовании стекла GeS2-Sb2S3-Ag2S-AgI срок службы ионного источника существенно увеличивается.
Пример 1:
Для определения устойчивости электролита к низким температурам стекло GeS2-Sb2S3-Ag2S-AgI поместили в холодильную камеру при температуре -25°С, далее была получена рентгенограмма данного стекла (фиг. 1). Отсутствие острых пиков и кристаллических фаз на дифракционной картине подтверждает устойчивость вещества к низким температурам.
Пример 2:
Устойчивость к атмосферной влаге определили по значению растворимости стекла в воде. Для этого электролит помещали в дистиллированную воду 100 мл, предварительно измерив массу стекла. Спустя 3 дня образец сушили и определяли массу повторно. Повторные процедуры осуществляли 5 раз в течение 15 дней, в результате которых масса стекла не изменялась. Таким образом, стекло устойчиво к атмосферной влаге.
Литература
[1] - Valverde, N. Thermodynamic Stabilization of the Solid Electrolyte RbAg4I5 // Journal of The Electrochemical Society. 1980. - Vol. 127, No. 11. P. 2425-2429.
[2] - Chandra, S. Stability and optical absorption of the super-ionic conductor RbAg4I5 // Journal of Physics D: Applied Physics. - 1975. - Vol. 8, No. 5. P. 576-580.
Claims (1)
- Твердотельный суперионный электролит, отличающийся тем, что в качестве электролита применен стеклообразный электролит системы GeS2-Sb2S3-Ag2S-AgI.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2808456C1 true RU2808456C1 (ru) | 2023-11-28 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU165683U1 (ru) * | 2016-04-19 | 2016-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Точечный твердотельный источник ионов серебра |
| FR3039531A1 (ru) * | 2015-07-28 | 2017-02-03 | Nexdot | |
| RU2618761C1 (ru) * | 2016-05-23 | 2017-05-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Ионный источник для электростатического ракетного двигателя |
| EP3604805A1 (en) * | 2018-08-02 | 2020-02-05 | ENPULSION GmbH | Ion thruster for thrust vectored propulsion of a spacecraft |
| EP3692186A1 (en) * | 2017-10-04 | 2020-08-12 | Nexdot | FAR-INFRARED, THz NANOCRYSTALS, HETEROSTRUCTURED MATERIAL WITH INTRABAND ABSORPTION FEATURE AND USES THEREOF |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3039531A1 (ru) * | 2015-07-28 | 2017-02-03 | Nexdot | |
| RU165683U1 (ru) * | 2016-04-19 | 2016-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Точечный твердотельный источник ионов серебра |
| RU2618761C1 (ru) * | 2016-05-23 | 2017-05-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Ионный источник для электростатического ракетного двигателя |
| EP3692186A1 (en) * | 2017-10-04 | 2020-08-12 | Nexdot | FAR-INFRARED, THz NANOCRYSTALS, HETEROSTRUCTURED MATERIAL WITH INTRABAND ABSORPTION FEATURE AND USES THEREOF |
| EP3604805A1 (en) * | 2018-08-02 | 2020-02-05 | ENPULSION GmbH | Ion thruster for thrust vectored propulsion of a spacecraft |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gholipour et al. | Highly Efficient and Stable Perovskite Solar Cells based on a Low-Cost Carbon Cloth. | |
| RU2808456C1 (ru) | Твердотельный суперионный электролит для серебро-ионного эмиттера | |
| US8999123B2 (en) | Alkali-metal generator and absorber | |
| Wright | Space-charge limited currents in insulating materials | |
| Clampitt | Advances in molten metal field ion sources | |
| Pelletier et al. | Work function of sintered lanthanum hexaboride | |
| JPH026191B2 (ru) | ||
| Muslih et al. | Preparation of zinc oxide (ZnO) thin film as transparent conductive oxide (TCO) from zinc complex compound on thin film solar cells: a study of O2 effect on annealing process | |
| Bellucci et al. | Thermionic emission measurement of sintered lanthanum hexaboride discs and modelling of their solar energy conversion performance | |
| Post et al. | Key design and operation factors for high performance of C12A7: e-based cathodes | |
| RU165683U1 (ru) | Точечный твердотельный источник ионов серебра | |
| JP2018113250A (ja) | カソード形成方法 | |
| CN1056465C (zh) | 薄膜钪系阴极及其制备方法 | |
| Zuo et al. | Ion emission from solid electrolyte CsAg4Br2. 68I2. 32 film deposited on Ag-tip: Characteristics and applications | |
| RU181882U1 (ru) | Планарный ионный источник на основе твердых электролитов | |
| JP6787545B2 (ja) | イオン発生器 | |
| Farziev et al. | Silver Ion Emission Using Chalcogenide Glass | |
| CN113957394A (zh) | 一种p型半导体薄膜氧化铋铜及其制备方法与应用 | |
| AKHIRUDDIN et al. | Growth of ZnO Nanowires by Vapour Solid Mechanism | |
| Rand et al. | Hollow cathode with electride insert | |
| Bezmelnitsyn et al. | New solid-state electrochemical source of pure fluorine | |
| Bischoff et al. | An alloy liquid metal ion source for lithium | |
| GB939081A (en) | Improvements in or relating to the evaporation of metal/metalloid mixtures | |
| Enloe et al. | Characterization of vapor‐deposited tin‐doped indium oxide films | |
| Huang et al. | Field-emission properties of individual ZnO nanowires studied in situ by transmission electron microscopy |