Кіріспе

Тантал пентоксиді, сондай-ақ тантал(V) оксиді деп аталады, формуласы бар бейорганикалық қосылыс. Бұл барлық еріткіштерде ерімейтін, бірақ күшті негіздер мен фторсутек қышқылының әсеріне ұшырайтын ақ түсті қатты зат. Ол жоғары сыну көрсеткішімен және төмен сіңіру қабілетімен (яғни түссіз) инертті материал болып табылады, бұл оны жабындар үшін пайдалы етеді. Сонымен қатар, оның жоғары диэлектрлік тұрақтылығының арқасында конденсаторларды өндіруде кеңінен қолданылады.

Пайда болуы

Тантал танталит және колумбит (колумбий – ниобийдің ескі атауы) минералдарында кездеседі, олар пегматиттерде, жанартаулық тау жынысы құрамында табылады. Колумбит пен танталит қоспалары колтан деп аталады. Танталитті Андерс Густав Экеберг Швецияның Йтерби және Финляндияның Кимото жерлерінде ашқан. Микролит және пирохлор минералдары шамамен 70% және 10% Та мөлшерінде кездеседі.

Құрылымы мен қасиеттері

Тантал пентоксидінің кристалдық құрылымы қызу пікірталас тудырды. Көптеген материал ретсіз, аморфты немесе поликристаллды болып келеді, ал жеке кристалдарды өсіру қиын. Сондықтан рентгендік кристаллография көбінесе ұнтақ дифракциясымен шектелген, ол құрылым туралы аз ақпарат береді. Кем дегенде 2 полиморфтың бар екені белгілі. Төмен температурадағы формасы L немесе β Ta2O5, ал жоғары температурадағы формасы H немесе α Ta2O5 деп аталады. Бұл екі форманың арасындағы өту баяу және қайтымды, 1000 және 1360 °C аралығында жүзеге асады, аралық температураларда құрылымдардың қоспасы байқалады. Екі жағдайда да жалпы кристаллдық жүйе орторомбтық, ал β Ta2O5 кеңістіктік тобы жеке кристалдық рентгендік дифракция арқылы Pna2 ретінде анықталды. Жоғары қысымдағы форма (Z Ta2O5) туралы да хабарланған, онда Ta атомдары 7 координациялық геометрияны қабылдап, моноклиникалық құрылымды құрайды (кеңістік тобы C2). Таза аморфты тантал пентоксидінің жергілікті құрылымы кристалды полиморфтарға ұқсас, ол TaO6 және TaO7 полиэдрлерден тұрады, ал балқыған сұйық фазаның құрылымы төмен координациялық полиэдрлерге, негізінен TaO5 және TaO6 негізделген. Біркелкі құрылымды материалды жасау қиындығы оның қасиеттеріндегі айырмашылықтарға әкелді. Көптеген металл оксидтері сияқты Ta2O5 та оқшаулағыш, ал оның энергиялық саңылауы (band gap) өндіріс әдісіне байланысты 3,8 және 5,3 ЭВ аралығында деп хабарланған. Жалпы, материалдың аморфтылығы жоғары болған сайын, байқалатын энергиялық саңылау соғұрлым үлкен болады. Бұл байқалатын мәндер есептеу химиясымен болжалданған мәндерден (2,3 – 3,8 ЭВ) айтарлықтай жоғары. Оның диэлектрлік тұрақтылығы әдетте 25-ке жуық, бірақ 50-ден аспайтын мәндер де кездеседі. Жалпы, тантал пентоксиді жоғары k диэлектрлік материал саналады.

Электрондық техникада

Таталь пентоксиді жоғары жолақты арақашықтығы мен диэлектрлік тұрақтылығының арқасында электроникада, әсіресе татал конденсаторларында кеңінен қолданылады. Олар автомобиль электроникасында, ұялы телефондарда, пейджерлерде, электрондық тізбектерде, жұқа пленкалы компоненттерде және жоғары жылдамдықты құралдарда пайдаланылады. 1990 жылдары тантал оксиді DRAM конденсаторларында жоғары k диэлектригі ретінде қолдануға қызығушылық артты. Ол жоғары жиілікті CMOS интегралдық тізбектеріндегі металл-оқшаулағыш-металл конденсаторларында қолданылады. Тантал оксиді тұрақсыз емес жадтар үшін зарядты сақтайтын қабат ретінде қолданылуы мүмкін. Сондай-ақ, тантал оксиді кедергілік ауысу жадтарында қолданылады.

Оптикада

Та2О5 жоғары сыну көрсеткішіне байланысты фотоға түсіру линзаларының шынысын жасауға қолданылады. Ол сондай-ақ оптикалық жабын ретінде де қолданылуы мүмкін, оның кең таралған қолданыстары – жақын ультракөкіден жақын инфрақызылға дейінгі шағылысқа қарсы және көп қабатты сүзгі жабындары. Та2О5 кремний нитридінен үш есе жоғары сызықтық емес сыну көрсеткішіне ие екендігі анықталды, бұл Та2О5-ті фотоникалық интегралдық тізбектерде пайдалануға қызығушылық тудырды. Та2О5 соңғы кезде суперконтинуум мен Керр жиіліктерінің туындауы үшін материалдық платформа ретінде қолданылды.