Germanato de bismuto
Compuesto químico inorgánico de bismuto, germanio y oxígeno.
Cristales centelleadores BGO cubiertos con una máscara de pintura blanca (parcialmente deteriorada)
Un cilindro de cristal reposa sobre un trozo de tela blanca, que a su vez se encuentra sobre una superficie azul de una mesa.
Cristal de BGO de 1 pulgada de diámetro y 1 pulgada de alto. El BGO se degenera bajo la luz ultravioleta, por lo que aquí está iluminado con una pantalla LCD de computadora portátil para garantizar una exposición mínima a los rayos ultravioleta.

El óxido de bismuto y germanio o germanato de bismuto es un compuesto químico inorgánico de bismuto , germanio y oxígeno . El término más común se refiere al compuesto con fórmula química Bi4Ge3O12 ( BGO ), con la estructura cristalina cúbica de evilita , utilizado como centelleador . (El término también puede referirse a un compuesto diferente con fórmula Bi12GeO20 , un material electroóptico con estructura de sillenita , y Bi2Ge3O9 ) .

Bi4En3Oh12

El 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 se irradia con 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 de radiación (parámetros que 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 basado en óxido más común. [2]

El óxido de bismuto y germanio se utiliza en detectores de física de partículas , física aeroespacial , medicina nuclear , exploración geológica y otras industrias. Las matrices de germanato de bismuto se utilizan para espectroscopia de pulsos gamma. Los cristales de BGO también se utilizan en detectores de tomografía por emisión de positrones .

Los cristales disponibles comercialmente se obtienen mediante el proceso Czochralski y suelen suministrarse en forma de cuboides o cilindros. Se pueden obtener cristales de gran tamaño. La producción de cristales se realiza normalmente a unos 1100 °C, es decir, unos 50 °C por encima de su punto de fusión. [3]

Bi12Geo20

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 . [4] Este germanato de bismuto tiene coeficientes electroópticos altos (3,3 pm/V para Bi 12 GeO 20 ), [5] lo que lo hace útil en óptica no lineal para construir celdas de Pockels , y también se puede utilizar para dispositivos fotorrefractivos para el rango ultravioleta .

Los cristales Bi 12 GeO 20 son piezoeléctricos , muestran fuertes efectos electroópticos y acústico-ópticos y encuentran un uso limitado en el campo de los osciladores de cristal y los dispositivos de ondas acústicas de superficie . [6] Las varillas y fibras de un solo cristal se pueden cultivar mediante un proceso de zona flotante a partir de una varilla de mezcla de óxido de bismuto y óxido de germanio . [7] Los cristales son transparentes y de color marrón. [8]

Los cristales de BGO y compuestos similares BSO (Bi 12 SiO 20 , óxido de silicio y bismuto , sillenita ) y BTO (Bi 12 TiO 20 ), son fotorrefractivos y fotoconductores . Los cristales de 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 , correladores y sistemas para 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 delgada , que se pueden depositar, por ejemplo, mediante pulverización catódica , tienen una amplia gama de aplicaciones potenciales. Los cristales de BSO se utilizan en moduladores de luz espacial direccionados ópticamente y en válvulas de luz de cristal líquido . [9] La actividad óptica de BTO es mucho menor que la de BGO y BSO. [10] A diferencia de las perovskitas , que tienen un rendimiento algo similar , las silenitas no son ferroeléctricas .

Los materiales pueden encontrar uso en óptica de matriz en fase .

Durante la pulverización catódica, el objetivo debe mantenerse por debajo de los 450 °C, ya que de lo contrario la presión de vapor de bismuto haría que la composición saliera de la estequiometría , pero por encima de los 400 °C para formar la fase γ piezoeléctrica. [11]

Véase también

Referencias

  1. ^ 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 piezoeléctrico (Y = Ge, Si)". Solid State Communications . 44 (5): 657–661. Bibcode :1982SSCom..44..657F. doi :10.1016/0038-1098(82)90575-0.
  2. ^ Material de centelleo de germanato de bismuto. crystals.saint-gobain.com
  3. ^ Proceso para la producción de monocristales de germanato de bismuto con una alta respuesta de centelleo. Le Gal et al. Patente de EE.UU. 4664744
  4. ^ Svensson, C.; Abrahams, SC; Bernstein, JL (1979). "Bi12GeO20 levógiro: remedición de la estructura". Acta Crystallographica Sección B: Cristalografía estructural y química cristalina . 35 (11): 2687–2690. Bibcode :1979AcCrB..35.2687S. doi : 10.1107/S0567740879010190 .
  5. ^ Haynes, William M., ed. (2016). Manual de química y física del CRC (97.ª edición). CRC Press . pág. 12.173. ISBN 9781498754293.
  6. ^ Lam, CS (2004) Integración de tecnologías SAW y BAW para aplicaciones de osciladores. Taller internacional sobre integración de SiP/Soc de MEMS y componentes pasivos con circuitos integrados de RF
  7. ^ Fu, S.; Ozoe, H. (1999). "Crecimiento de varillas y fibras 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. S2CID  136720849.
  8. ^ "Laboratorio de Tecnología de Crecimiento de Cristales (CGL): monocristales, nanotecnología". www.uam.es . Consultado el 9 de abril de 2016 .
  9. ^ "Cristales fotorrefractivos de sillenita (BGO y BSO) – Alkor Technologies". www.alkor.net . Consultado el 9 de abril de 2016 .
  10. ^ Träger, Frank (2012). Manual de láseres y óptica de Springer. Springer Science & Business Media. pág. 359. ISBN 9783642194092.
  11. ^ Wasa, Kiyotaka; Kitabatake, Makoto; Adachi, Hideaki (2004). Tecnología de materiales de película delgada: pulverización catódica de materiales compuestos. William Andrew. pág. 248. ISBN 9780815519317.
  • Cristales de centelleo
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