ВЫСОКОЧИ́СТЫЕ ВЕЩЕСТВА́

ВЫСОКОЧИ́СТЫЕ ВЕЩЕСТВА́, ин­ди­ви­ду­аль­ные про­стые или слож­ные ве­ще­ст­ва с пре­дель­но низ­ким сум­мар­ным со­дер­жа­ни­ем при­ме­сей. При рас­смот­ре­нии чис­то­ты ве­ществ ком­по­нент, ато­мы или мо­ле­ку­лы ко­то­ро­го пре­об­ла­да­ют в ис­сле­дуе­мом (ис­поль­зуе­мом) об­раз­це, на­зы­ва­ют ос­нов­ным (ос­но­вой). Ес­ли ос­но­ва – хи­мич. эле­мент в фор­ме про­сто­го ве­ще­ст­ва, то при­ме­ся­ми счи­та­ют­ся ато­мы ос­таль­ных хи­мич. эле­мен­тов, имею­щие­ся в зем­ной ко­ре. В ве­ще­ст­ве, со­стоя­щем из мо­ле­кул, при­ме­ся­ми яв­ля­ют­ся мо­ле­ку­лы всех др. ве­ществ, от­ли­чаю­щие­ся от мо­ле­кул ос­но­вы чис­лом, при­ро­дой и взаи­мо­рас­по­ло­же­ни­ем ато­мов. Со­дер­жа­ние при­ме­си ко­ли­че­ст­вен­но вы­ра­жа­ют в мас­со­вых, атом­ных или мо­ляр­ных про­цен­тах, как чис­ло час­тей при­ме­си на за­дан­ное чис­ло час­тей ос­но­вы (напр., од­на часть на мил­ли­он, мил­ли­ард – 1·10^–4, 1·10^–7% со­от­вет­ст­вен­но), или как чис­ло ато­мов или мо­ле­кул при­ме­си в еди­ни­це объ­ё­ма (1 см³) ос­но­вы. Раз­ли­ча­ют сте­пень чис­то­ты по отд. при­ме­сям и по сум­ме всех при­ме­сей.

Сло­жив­шая­ся клас­си­фи­ка­ция ве­ществ по сте­пе­ни чис­то­ты на­чи­на­ет­ся с ве­ще­ст­ва тех­нич. ка­че­ст­ва (со­дер­жа­ние ос­но­вы ок. 99%) и вклю­ча­ет по­сле­до­ва­тель­но ква­ли­фи­ка­ции «чис­тый», «чис­тый для ана­ли­за», «хи­ми­че­ски чис­тый». Для ка­ж­дой из них стан­дар­ты оп­ре­де­ля­ют до­пус­ти­мые на­бор и со­дер­жа­ние при­ме­сей. Сле­дую­щий уро­вень – «осо­бо чис­тые ве­ще­ст­ва», в ко­то­рых со­дер­жа­ние отд. при­ме­сей или групп при­ме­сей су­ще­ст­вен­но ни­же, чем в чис­тых для ана­ли­за или хи­ми­че­ски чис­тых ве­ще­ствах. Ко­ли­че­ст­вен­ная ха­рак­те­ри­сти­ка по­ня­тия «вы­со­ко­чис­тое ве­ще­ст­во» по­движ­на во вре­ме­ни. Ве­ще­ст­во счи­та­ет­ся (2005) вы­со­ко­чис­тым при со­дер­жа­нии сум­мы при­ме­сей ок. 10^–4 ат. %, а отд. при­ме­сей 10^–6–10^–7 ат. % и ни­же.

Да­же в са­мых чис­тых при­род­ных ве­ще­ст­вах (во­да, гор­ный хру­сталь, ал­маз) со­дер­жа­ние при­ме­сей ок. 0,1–0,01%. По­лу­че­ние В. в., как пра­ви­ло, мно­го­ста­дий­ный про­цесс, в ко­то­ром чис­ло и на­бор ста­дий оп­ре­де­ля­ют­ся при­ро­дой ве­ще­ст­ва, ис­ход­ным со­дер­жа­ни­ем в нём при­ме­сей, тре­буе­мой сте­пе­нью чис­то­ты. В. в. со срав­ни­тель­но не­вы­со­ки­ми темп-ра­ми плав­ле­ния и ки­пе­ния по­лу­ча­ют глу­бо­кой очи­ст­кой об­раз­цов тех­нич. ка­че­ст­ва, ис­поль­зуя дис­тил­ля­ци­он­ные, кри­стал­ли­за­ци­он­ные, экс­трак­ци­он­ные, ад­сорб­ци­он­ные, хи­ми­че­ские и др. ме­то­ды. В. в. с вы­со­кой темп-рой плав­ле­ния по­лу­ча­ют вы­де­ле­ни­ем или син­те­зом из пред­ва­ри­тель­но очи­щен­ных ве­ществ.

В. в. при­су­щи свой­ст­ва, от­сут­ст­вую­щие или сла­бо вы­ра­жен­ные у этих же ве­ществ, но с бо­лее вы­со­ким со­дер­жа­ни­ем при­ме­сей. В об­щем ви­де для твёр­дых ве­ществ из­ме­рен­ное зна­че­ние свой­ст­ва Р мож­но пред­ста­вить сум­мой:$$Р=Р_0+Р_1+Р_2+Р_{11}+Р_{22}+Р_{12}$$,где $Р_0$ – зна­че­ние свой­ст­ва ве­ще­ст­ва, сво­бод­но­го от при­ме­сей и де­фек­тов струк­ту­ры; $Р_1, Р_2$ – вклад при­ме­сей и де­фектов струк­ту­ры со­от­вет­ст­вен­но; $Р_{11}, Р_{22}, Р_{12}$ – вклад от пар­ных взаи­мо­дей­ст­вий при­ме­сей и де­фек­тов. При боль­шом со­дер­жа­нии при­ме­сей при­мес­ный вклад пре­об­ла­да­ет ($Р_1>Р_0$). Сни­же­ние со­держа­ния при­ме­си мо­жет от­чёт­ли­вее вы­явить соб­ст­вен­ное свой­ст­во ве­ще­ст­ва ($Р_1≪Р_0$), что на­блю­да­ет­ся на при­ме­ре по­лу­про­вод­ни­ко­вых свойств гер­ма­ния. При низ­ком со­дер­жа­нии при­ме­сей вклад от де­фек­тов струк­ту­ры мо­жет пре­вы­шать при­мес­ный вклад ($Р≌ Р_0+ Р_2+ Р_{22}$). Ин­тер­вал со­дер­жа­ний при­ме­си, в ко­то­ром реа­ли­зу­ет­ся про­ме­жу­точ­ная си­туа­ция, пред­став­ля­ет со­бой об­ласть при­мес­ной чув­ст­ви­тель­но­сти дан­но­го свой­ст­ва к дан­ной при­ме­си. Лю­бая при­месь пря­мо (че­рез $Р_1, Р_{11}$) или опо­сре­до­ван­но (че­рез $Р_2, Р_{12}$) влия­ет на лю­бое свой­ст­во ве­ще­ст­ва. В ко­ли­че­ст­вен­ном пла­не это влия­ние из­би­ра­тель­но. Вклад од­ной и той же при­ме­си в разл. свой­ст­ва ве­ще­ст­ва не­оди­на­ков. Дей­ст­вие раз­ных при­ме­сей на кон­крет­ное свой­ст­во ве­ще­ст­ва раз­лич­но и час­то име­ет по­ро­го­вый ха­рак­тер. При­ме­си, влия­ние ко­то­рых на свой­ст­во осо­бен­но ве­ли­ко, на­зы­ва­ют ли­ми­ти­руе­мы­ми. Так, ли­ми­ти­руе­мы­ми по от­но­ше­нию к элек­тро­фи­зич. свой­ст­вам крем­ния яв­ля­ют­ся при­ме­си бо­ра, алю­ми­ния, гал­лия, фос­фо­ра, мышь­я­ка, для пла­стич­но­сти ту­го­плав­ких ме­тал­лов – при­ме­си ки­сло­ро­да, уг­ле­ро­да, азо­та, для лу­че­вой проч­но­сти оп­ти­че­ских сред – при­мес­ные ге­те­ро­фаз­ные вклю­че­ния суб­мик­рон­ных раз­ме­ров. Для не­ко­то­рых свойств ус­та­нов­ле­на не­обы­чай­но вы­со­кая при­мес­ная чув­ст­ви­тель­ность. Элек­тро­фи­зич. па­ра­мет­ры по­лу­про­вод­ни­ков, оп­ти­че­ские свой­ст­ва ди­элек­три­ков «чув­ст­ву­ют» отд. при­ме­си на уров­не 10^–8–10^–10 ат. %. В спек­трах фо­то­тер­мич. ио­ни­за­ции вы­со­ко­чис­то­го крем­ния и гер­ма­ния про­явля­ют­ся при­ме­си (В, Аl, Ga) в ко­личе­ст­ве 10⁹–10¹⁰ ато­мов/см³ (2·10^–12–2·10^–13 ат. %), а тео­ре­ти­че­ски пред­ска­зы­вае­мый пре­дел влия­ния – 10⁵ ато­мов/см³ (10^–16 ат. %).

Осн. об­лас­ти при­ме­не­ния В. в. – соз­да­ние ма­те­риа­лов на их ос­но­ве и на­уч. ис­сле­до­ва­ния. В на­уч. ис­сле­до­ва­ни­ях не­об­хо­ди­мы ве­ще­ст­ва с со­дер­жа­ни­ем при­ме­сей, не даю­щим за­мет­но­го вкла­да в ко­ли­че­ст­вен­ное зна­че­ние изу­чае­мо­го свой­ст­ва. В ма­те­риа­лах из В. в. реа­ли­зу­ют­ся уни­каль­ные свой­ст­ва по­след­них. Так, вы­со­кая про­зрач­ность во­ло­кон из квар­це­во­го стек­ла с со­дер­жа­ни­ем ли­ми­ти­руе­мых при­ме­сей ни­же 10^–6–10^–7% обес­пе­чи­ва­ет пе­ре­да­чу све­то­вых им­пуль­сов на боль­шие рас­стоя­ния в совр. ли­ни­ях во­ло­кон­но-оп­ти­че­ской свя­зи. Из В. в. про­из­во­дят по­лу­про­вод­ни­ко­вые и оп­ти­че­ские ма­те­риа­лы, ма­те­риа­лы для мик­ро- и оп­то­элек­тро­ни­ки, элек­трон­ной тех­ни­ки, ядер­ных тех­но­ло­гий, си­ло­вой оп­ти­ки и элек­тро­ни­ки, во­ло­кон­ной оп­ти­ки. Чис­ло ма­те­риа­лов на ос­но­ве вы­со­ко­чис­тых и осо­бо чис­тых ве­ществ пре­вы­ша­ет 2 тыс. на­име­но­ва­ний и име­ет тен­ден­цию к рос­ту.