El óxido de bismuto germanio o germanato de bismuto es un compuesto químico inorgánico de bismuto , germanio y oxígeno . Más comúnmente, el término se refiere al compuesto con la fórmula química Bi 4 Ge 3 O 12 ( BGO ), con la estructura cristalina cúbica de evlitina , que se utiliza como centelleador . (El término también puede referirse a un compuesto diferente con fórmula Bi 12 GeO 20 , un material electroóptico con estructura de sillenita , y Bi 2 Ge 3O 9. )
Bi 4 Ge 3 O 12
Bi 4 Ge 3 O 12 tiene una estructura cristalina cúbica ( a = 1.0513 nm, z = 4, símbolo de Pearson cI76 , grupo espacial I 4 3d No. 220) y una densidad de 7.12 g / cm 3 . [1] Cuando es irradiado por rayos X o rayos gamma emite fotones de longitudes de onda entre 375 y 650 nm, con un pico a 480 nm produce alrededor de 8500 fotones por megaelectronvoltio de la radiación de alta energía absorbida. Tiene buena dureza a la radiación (los parámetros permanecen estables hasta 5,10 4 Gy ), alta eficiencia de centelleo, buena resolución energética entre 5 y 20 MeV, es mecánicamente fuerte y no es higroscópico . Su punto de fusión es de 1050 ° C. Es el centelleador a base de óxido más común. [2]
El óxido de bismuto y germanio se utiliza en detectores en física de partículas , física aeroespacial , medicina nuclear , exploración geológica y otras industrias. Las matrices de germanate de bismuto se utilizan para la espectroscopia de pulso gamma. Los cristales de BGO también se utilizan en detectores de tomografía por emisión de positrones .
Los cristales disponibles comercialmente se cultivan mediante el proceso de Czochralski y generalmente se suministran en forma de cuboides o cilindros. Se pueden obtener cristales grandes.
Bi 12 GeO 20
Bi 12 GeO 20 tiene una estructura cristalina cúbica ( a = 1.01454 nm, z = 2, símbolo de Pearson cI66 , grupo espacial I23 No. 197) y una densidad de 9.22 g / cm 3 . [3] Este germanado de bismuto tiene altos coeficientes electroópticos (3.3 pm / V para Bi 12 GeO 20 ), [4] haciéndolo útil en óptica no lineal para construir células de Pockels , y también puede usarse para dispositivos fotorrefractivos para rango ultravioleta .
Los cristales Bi 12 GeO 20 son piezoeléctricos , muestran fuertes efectos electroópticos y acustoópticos y encuentran un uso limitado en el campo de los osciladores de cristal y los dispositivos de ondas acústicas de superficie . [5] Las varillas y fibras de monocristal pueden cultivarse mediante un proceso de zona flotante a partir de una varilla de una mezcla de óxido de bismuto y óxido de germanio . [6] Los cristales son transparentes y de color marrón. [7]
Los cristales de BGO y compuestos similares BSO (Bi 12 SiO 20 , óxido de silicio de bismuto , sillenita ) y BTO (Bi 12 TiO 20 ), son fotorrefractivos y fotoconductores . Los cristales BGO y BSO son fotoconductores eficientes con baja conductividad oscura . Se pueden utilizar en aplicaciones electroópticas , como PROM óptico , moduladores de luz espacial PRIZ , grabación de hologramas en tiempo real , correlacionadores y sistemas para la corrección adaptativa de pulsos láser ultracortos y en sensores de fibra óptica para campos eléctricos y magnéticos. Las estructuras de guía de ondas permiten una iluminación uniforme en un amplio rango espectral. Las estructuras de sillenita de película fina, que pueden depositarse, por ejemplo, mediante pulverización catódica , tienen una amplia gama de aplicaciones potenciales. Los cristales de BSO se utilizan en moduladores de luz espacial dirigidos ópticamente y en válvulas de luz de cristal líquido . [8] La actividad óptica de BTO es mucho menor que la de BGO y BSO. [9] A diferencia de las perovskitas de rendimiento algo similar , las sillenitas no son ferroeléctricas .
Los materiales pueden encontrar uso en ópticas de matriz en fase .
Cuando se pulveriza catódicamente, el objetivo debe mantenerse por debajo de 450 ° C, de lo contrario, la presión de vapor de bismuto sacaría la composición de la estequiometría , pero por encima de 400 ° C para formar la fase γ piezoeléctrica. [10]
Ver también
- Bolómetro centelleante
- Germanate
Referencias
- ^ Fischer, P .; Waldner, F. (1982). "Comparación de los resultados de difracción de neutrones y EPR en las estructuras cristalinas cúbicas de Bi 4 Y 3 O 12 piezoeléctricas (Y = Ge, Si)". Comunicaciones de estado sólido . 44 (5): 657–661. Código bibliográfico : 1982SSCom..44..657F . doi : 10.1016 / 0038-1098 (82) 90575-0 .
- ^ Material de centelleo germanate de bismuto . cristales.saint-gobain.com
- ^ Svensson, C .; Abrahams, SC; Bernstein, JL (1979). "Laevorotatory Bi 12 GeO 20 : Remedición de la estructura" . Acta Crystallographica Sección B Cristalografía estructural y química cristalina . 35 (11): 2687–2690. doi : 10.1107 / S0567740879010190 .
- ^ Haynes, William M., ed. (2016). Manual CRC de Química y Física (97ª ed.). Prensa CRC . pag. 12.173. ISBN 9781498754293.
- ^ Lam, CS (2004) Integración de tecnologías SAW y BAW para aplicaciones de oscilador . Taller internacional sobre integración SiP / Soc de MEMS y componentes pasivos con circuitos integrados de RF
- ^ Fu, S .; Ozoe, H. (1999). "Crecimiento de fibras y varillas de cristal Bi 12 GeO 20 mediante el método de zona flotante mejorado". Revista de ciencia de materiales . 34 (2): 283–290. doi : 10.1023 / A: 1004430311364 . ISSN 0022-2461 .
- ^ "Laboratorio de tecnología de crecimiento de cristales (CGL): monocristales, nanotecnología" . www.uam.es . Consultado el 9 de abril de 2016 .
- ^ "Cristales fotorrefractivos de sillenita (BGO y BSO) - Alkor Technologies" . www.alkor.net . Consultado el 9 de abril de 2016 .
- ^ Träger, Frank (2012). Manual Springer de láseres y óptica . Springer Science & Business Media. pag. 359. ISBN 9783642194092.
- ^ Wasa, Kiyotaka; Kitabatake, Makoto; Adachi, Hideaki (2004). Tecnología de materiales de película fina: pulverización de materiales compuestos . William Andrew. pag. 248. ISBN 9780815519317.
enlaces externos
- Cristales de centelleo