2. Экспериментальная часть

2.1 Методика получения фосфина

Газ фосфин получают на специальной герметичной установке кислотным разложением порошкообразного фосфида цинка (реакция 1). Еще одним способом получения газа фосфина является щелочная обработка желтого фосфора.

В наших исследованиях мы использовали первый метод для получения газа фосфина.

Zn₃P₂ + 3 H₂SO₄® 2 PH₃­ + 3 ZnSO₄ (1)

Фосфинсодержащий газ получали на разработанной специальной установке, изображенной на рисунке 2.1.

Для получения фосфинсодержащего газа была разработана специальная установка (рисунок 2.1), состоящая из следующих основных частей:

1. Реакционный сосуд. Представляет собой стеклянную пробирку с отверстием в верхней части, предназначенного для отвода образующегося фосфина из зоны реакции.

2. Сборная емкость. Представляет собой пластиковый сосуд, предназначен для сбора фосфинсодержащего газа.

3. Уравнительный сосуд. Представляет собой емкости, заполненные водой для передавливания газа в приемный сборник или же в камеру фосфинирования.

1. – реакционный сосуд, 2 – навеска фосфида цинка, 3 – отверстие, закрытое резиновым кольцом, 4 – краник, регулирующий количество подаваемой кислоты, 5- сосуд с серной кислотой, 6- сосуд для сбора фосфинсодержащего газа, 7 – промежуточный сосуд с водой, служит для сбора газа, 8 – приемный сборник газа, 9 – уравнительные сосуды.

Рисунок 2.1 – Схема лабораторной установки для получения фосфинсодержащего газа

Для получения фосфинсодержащего газа использую фосфид цинка, который помещают на дно сосуда1 и смачивают водой. Пробирку герметично закрывают специальной пробкой и помещают в сборную емкость 6 так, чтобы пробка плотно закрыла горло емкости. Затем с помощью уравнительного сосуда 9 из промежуточного сосуда 7 в сосуд для сбора фосфинсодержащего газа 6 заливают воду. Сосуд с серной кислотой 5 нужной концентрации соединяется с реакционным сосудом трубкой с краником 4. Затем серная кислота подается в реакционный сосуд 1.

Серная кислота взаимодействуя с фосфидом цинка, способствует образованию фосфинсодержащего газа, состоящий главным образом из газа фосфина. Газ скапливается в пробирке, создавая повышенное давление в реакционном сосуде, отжимает резиновое кольцо и попадает в сборную емкость 6. Это резиновое кольцо также служит в качестве преграды для попадания воды в зону реакции. Вода под оказываемым газом давлением вытесняется в промежуточный сосуд 7. Объем образующегося фосфинсодержащего газа соответствует объему воды, вытесняемого из сборной емкости 6 в промежуточный сосуд 7. После полного заполнения обеих емкостей, открывают доступ газа в приемный сборник 8, где он собирается и хранится до востребования.

2.2 Методика получения токопроводящего подслоя меди

Чтобы получить токопроводящий подслой металлана покрываемой поверхности образца создается слой неметаллической фазы (фосфид металла). Для этого образцы погружают в раствор соли соответствующего металла (сульфат меди 200 г/л), образуется слой соли. После образования пленки раствора на поверхности, образец встряхивают и аккуратно обмакивают фильтровальной бумагой для предотвращения появления наплывов на нижней части образца.

После этого образцы помещают в камеру фосфинирования. Камера герметично закрывается во избежание утечки газа и из сборника фосфинсодержащего газа в камеру подается газ. При этом на поверхности образца соль реагируя с фосфином, образовывает пленку фосфида металла.

На рисунке 2.2 изображена схема установки для получения пленки фосфида. Для получения этой пленки образец подвешивают на крючки, закрепленные на крышке 2 камеры фосфинирования 3. После этого в сосуд 4 помещают порошок фосфида цинка и из сосуда с кислотой 5 медленно подают серную кислоту в избытке концентрацией 10-20%.

Фосфинсодержащий газ, образующийся во время процесса, за счет давления перекачивается в камеру фосфинирования.

Для фосфинирования можно использовать газ, полученный заранее. В этом случае схема видоизменяется, то есть вместо реакционной камеры будет использован сборник.

Соль реагирует с газом при обычной температуре и образуется фосфид металла. Процесс проходит при комнатной температуре. Этот процесс проходит по следующим реакциям:

MeSO₄ + PH₃ +H₂O → MeP + H₂SO₄ + H₃PO₃ (2)

или

MeNO₃ + PH₃ + H₂O → MeP + HNO₃ + H₃PO₃ (3)

1. – образец, 2 – герметичная крышка, 3 – сосуд для фосфинирования, 4 – емкость для получения газа, 5 – емкость с серной кислотой, 6,7 – краники, 8 – емкость с сульфатом меди, 9 – емкость с карбонатом меди

Рисунок 2.2 – схема установки для получения пленки фосфида металла

В результате процесса на поверхности образца образуется пленка фосфида меди либо серебра в зависимости от соли того металла, который используется во время процесса. Цвет пленки варьируется от темно-стального до черного. Толщина зависит от количества соли, закрепившегося на поверхности образца. При этом чем шершавее поверхность образца, тем больше раствора может закрепиться на поверхности и прореагировать с фосфинсодержащим газом. Процесс фосфинирования должен протекать не менее 15 минут.

Остаточный газ фосфин во избежание утечки в атмосферу пропускают через насыщенный раствор сульфата меди в емкости 8, далее через слой карбоната меди, находящегося в емкости 9.

Также эту установку можно применять для исследования каталитических свойств фосфида металла. Для этого газ из емкости 4 продавливается сразу в емкость 8, здесь образовывается порошок фосфида, который сразу выпадает в осадок, который затем можно выделить путем фильтрации раствора.

После окончания процесса фосфинирования образцы необходимо тщательно промыть от побочных продуктов, образовавшиеся вследствие реакции (2) и (3). Затем просушить на воздухе.