Anar al contingut

Pentóxido de tàntal

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià

El pentóxido de tàntal, també conegut com a òxit de tàntal (V), és un compost inorgànic de fòrmula Ta2O5. És un sòlit blanc insoluble en tots els dissolvents, pero atacat per les bases fortes i l'àcit fluorhídric. Ta2O5 és un material inerte en un alt índex de refracció i baixa absorció (és dir, incoloro), lo que ho fa útil per a revestiment.[1]També s'utilisa molt en la producció de condensadores, per la seua alta constant dielèctrica.

Preparació

[editar | editar còdic]

Presencia

[editar | editar còdic]

El tàntal es troba en els minerals tantalita i columbita (columbio és un nom arcaic per al niobi), que apareixen en pegmatita, una formació de roca ígnea. Les mescles de columbita i tantalita es denominen coltán. Els minerals microlita i pirocloro contenen aproximadament 70% i 10% de Ta, respectivament.

Refinat

[editar | editar còdic]

Els minerals de tantalio solen contindre cantitats significatives de niobi, que a la seua volta és un metal valiós. Abdós metals s'extrauen per a la seua venda. El procés general és hidrometalúrgico i comença en una etapa de lixiviación, en la que el mineral es tracta en àcit fluorhídric i àcit sulfúric per a produir fluorur d'hidrogen solubles en aigua, com el heptafluorotantalato. Açò permet separar els metals de les distintes impurees no metàliques de la roca.

(FeMn)(NbTa)2O6 + 16 HF → H2[TaF7] + H2[NbOF5] + FeF2 + MnF2 + 6 H2O

A continuació, els hidrofloruros de tàntal i niobi s'eliminen de la solució acuosa per mig d'extracció líquit-líquit utilisant dissolvents orgànics, com ciclohexanona o metil isobutil cetona. Esta etapa permet eliminar fàcilment diverses impurees metàliques (per eixemple, ferro i manganeso) que permaneixen en la fase acuosa en forma de fluorur. La separació del tàntal i el niobi es conseguix llavors per mig de l'ajust del pH. El niobi requerix un major nivell d'acidea per a permanéixer soluble en la fase orgànica i, per tant, pot eliminar-se selectivament per mig d'extracció en aigua menys àcida. A continuació, la solució de fluorur d'hidrogen de tàntal pur es neutralisa en amoniaco acuoso per a obtindre òxit de tàntal hidratado (Ta2O5(H2O)x), que es calcina per a obtindre pentóxido de tàntal (Ta2O5), tal com es descriu en estes equacions idealizadas:[2]

H2[TaF7] + 5 H2O + 7 NH3 → 1/2 Ta2O5(H2O)5 + 7 NH4F

Ta2O5(H2O)5 → Ta2O5 + 5 H2O

L'òxit de tàntal pur natural es coneix com a mineral tantita, encara que és extremadament rar.[3]

Dels alcóxidos

[editar | editar còdic]

L'òxit de tàntal s'utilisa en freqüència en electrònica, a sovint en forma de làmines primes. Per a estes aplicacions pot produir-se per mig de MOCVD (o tècniques relacionades), que implica la hidrólisis de les seues halurs volàtils o alcóxidos

Ta2(OEt)10 + 5 H2O → Ta2O5 + 10 EtOH


2 TaCl5 + 5 H2O → Ta2O5 + 10 HCl

Usos

[editar | editar còdic]

En electrònica

[editar | editar còdic]

El pentóxido de tàntal s'utilisa en electrònica, sobretot en condensadores de tàntal, pel seu elevat interval de banda i a la seua constant dielèctrica. S'utilisen en electrònica d'automoció, teléfons mòvils i buscapersonas, circuits electrònics, components de película fina i ferramentes d'alta velocitat. En la década de 1990, va créixer l'interés per l'us de l'òxit de tàntal com dielèctric d'alta k per a aplicacions de condensadores DRAM.[4][5]

S'utilisa en condensadores metal-aïllant-metal en chip per a circuits integrats CMOS d'alta freqüència. L'òxit de tàntal pot tindre aplicacions com a capa de captura de càrrega per a memòries no volàtils.[6][7] Existixen aplicacions de l'òxit de tàntal en memòries de conmutación resistiva.[8]

En òptica

[editar | editar còdic]

Pel seu elevat índex de refracció, el Ta2O5 s'ha utilisat en la fabricació del vidre de lents fotogràfiques[1][9] També pot depositar-se com revestiment òptic, sent les seues aplicacions típiques els revestiment antirreflectantes i de filtres multicapa en el ultravioleta propenc al infrarrojo propenc.[10]


També s'ha descobert que el Ta2O5 té un alt índex de refracció no llineal,[11][12]de l'orde de tres voltes el del nitiruro de silici, lo que ha despertat l'interés per l'utilisació del Ta2O5 en circuits integrats fotònics. El Ta2O5 s'ha utilisat recentment com a plataforma material per a la generació de supercontinuum[13][14]i pentines de freqüència Kerr[12]en guies d'ona i ressonadors òptics d'anell. Per mig de l'adició de dopantes de terres rares en el procés de deposición, s'han presentat làsers de guia d'ones de Ta2O5 per a diverses aplicacions, com la teledetección i el LiDAR.[15][16][17]


Referències

[editar | editar còdic]
  1. ↑ 1,0 1,1 Fairbrother, Frederick (1967). The Chemistry of Niobium and Tantalum, New York: Elsevier Publishing Company, pp. 1–28. ISBN 978-0-444-40205-9.
  2. ↑ Anthony Agulyanski (2004). «Fluorine chemistry in the processing of tantalum and niobium», Anatoly Agulyanski (ed.). Chemistry of Tantalum and Niobium Fluoride Compounds, 1st edició, Burlington: Elsevier. ISBN 9780080529028.
  3. ↑ «Tantite: Tantite mineral information and data».
  4. ↑ “Preparation and properties of tantalum pentoxide (Ta2O5) thin films for ultra large scale integrated circuits (ULSIs) application - a review” (1999). Journal of Materials Science: Materials in Electronics 10 (1): 9–31. doi:10.1023/A:1008970922635.
  5. ↑ “Tantalum pentoxide (Ta2O5) thin films for advanced dielectric applications” (1998). Materials Science and Engineering: R 22 (6): 269–322. doi:10.1016/S0927-796X(97)00023-5.
  6. ↑ Wang, X (2004). “A Novell MONOS-Type Nonvolatile Memory Using High-κ Dielectrics for Improved Data Retention and Programming Speed”. IEEE Transactions on Electron Devices 51 (4): 597–602. doi:10.1109/TED.2004.824684. Bibcode: 2004ITED...51..597W.
  7. ↑ Zhu, H (2013). “Design and Fabrication of Ta2O5 Stacks for Discrete Multibit Memory Application”. IEEE Transactions on Nanotechnology 12 (6): 1151–1157. doi:10.1109/TNANO.2013.2281817. Bibcode: 2013ITNan..12.1151Z.
  8. ↑ Lee, M-.J (2011). “A fast, high-endurance and scalable senar-volatile memory device made from asymmetric Ta2O5−x/TaO2−x bilayer structures”. Nature Materials 10 (8): 625–630. doi:10.1038/NMAT3070. PMID 21743450. Bibcode: 2011NatMa..10..625L.
  9. ↑ Musikant, Solomon (1985). «Optical Glas Composition», Optical Materials: An Introduction to Selection and Application, CRC Press, p. 28. ISBN 978-0-8247-7309-0.
  10. ↑ «Tantalum Oxide for Optical Coating Applications».
  11. ↑ “Determination of nonlinear refractive index in a Ta2O5 rib waveguide using self-phase modulation” (EN) . Optics Express 12 (21): 5110–5116. doi:10.1364/OPEX.12.005110. ISSN 1094-4087. PMID 19484065. Bibcode: 2004OExpr..12.5110T.
  12. ↑ 12,0 12,1 “Tantala Kerr nonlinear integrated photonics” (EN) . Optica 8 (6): 811–817. doi:10.1364/OPTICA.411968. ISSN 2334-2536. Bibcode: 2021Optic...8..811J.
  13. ↑ “Supercontinuum generation in tantalum pentoxide waveguides for pump wavelengths in the 900 nm to 1500 nm spectral region” (en) . Optics Express 28 (21): 32173–32184. doi:10.1364/OE.403089. ISSN 1094-4087. PMID 33115180. Bibcode: 2020OExpr..2832173W.
  14. ↑ “Higher order mode supercontinuum generation in tantalum pentoxide (Ta2O5) channel waveguide” (en) . Scientific Reports 11 (1): 7978. doi:10.1038/s41598-021-86922-8. ISSN 2045-2322. PMID 33846403. Bibcode: 2021NatSR..11.7978F.
  15. ↑ “Spectroscopy of thulium-doped tantalum pentoxide waveguides on silicon” (en) . Optical Materials Express 10 (9): 2201. doi:10.1364/OME.397011. ISSN 2159-3930. Bibcode: 2020OMExp..10.2201T.
  16. ↑ “Spectroscopy of high index contrast Yb:Ta 2 O 5 waveguides for lasing applications” . Journal of Physics: Conference Séries 619 (1): 012031. doi:10.1088/1742-6596/619/1/012031. ISSN 1742-6596. Bibcode: 2015JPhCS.619a2031A.
  17. ↑ “Erbium-Doped Waveguide Laser in Tantalum Pentoxide” . IEEE Photonics Technology Letters 22 (21): 1571–1573. doi:10.1109/LPT.2010.2072495. ISSN 1041-1135. Bibcode: 2010IPTL...22.1571S.
Obtingut de «https://www.lenciclopedia.org/w/index.php?title=Pentóxido_de_tàntal&oldid=723177»