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三甲基镓为无色液体,高挥发性,熔点-19℃,沸点55.7±2℃(101.6千帕),在空气中自燃。三甲基镓溶于乙醚、液氨,可分别生成相应的配位化合物(CH3)3Ga·O(C2H5)2和(CH3)3Ga·NH3。三甲基镓同冰作用得水解产物二甲基氢氧化镓四聚物[(CH3)2GaOH]4和甲烷。三甲基镓与碘或碘化氢作用产生三碘化镓和碘甲烷(或三碘化镓和甲烷)。三甲基镓由沸腾二甲基汞与镓在微量甲基氯化汞的存在下反应或由三氯化镓与二甲基锌加热至80~120℃而得。
高纯三甲基镓等金属有机化合物,是金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)、化学束外延(CBE)过程中生长光电子材料的最重要、也是目前用量最大的原料,广泛应用于生长铟镓砷氮(InGaAsN)、铟镓砷(InGaAs)、铟镓磷(InGaP)等化合物半导体薄膜材料。
在充满氮气的反应釜中,投入镓镁合金22Kg,加入甲基四氢呋喃200Kg,在搅拌条件下加热到30℃以上,加入碘甲烷(CH3I)0.5Kg,反应引发,反应温度会上升,此时连续通入一氯甲烷(CH3Cl)来维持反应,通过调整通入一氯甲烷的速度来控制反应速度,反应完成后,继续保持回流4小时,然后将溶剂蒸出,在减压条件下(真空度为10~400mmHg)得到三甲基镓与醚的配合物,将三甲基镓与醚的配合物转移至解配釜,在搅拌条件下逐步加入到75Kg三正丁胺中,滴加完毕,开加热使其回流并保持回流2小时后,蒸馏除去甲基四氢呋喃,再在减压条件下(真空度为1~100mmHg之间)除去低沸点杂质,再升温解配出三甲基镓(解配的温度为80~200℃,解配的真空度为1~100mmHg),得到无氧的三甲基镓16.3Kg,收率为87%(按金属镓计算)。再将此三甲基镓经过高精密精馏就得到超高纯的三甲基镓,纯度能达到99.99995%(即6.5N)。
在1L三口烧瓶内加入原料三甲基镓与乙醚配合物266ml,其中三甲基镓的含量经计算为0.453mol;
在常压滴液漏斗加入呈液态的聚乙二醇二甲醚(CH3O(CH2CH2O)nCH3,其中n=3)575ml,为2.25mol,使得三甲基镓和聚乙二醇二甲醚的摩尔比约为1:5;
在室温下氩气保护下,以每秒2滴的速度将常压滴液漏斗中的聚乙二醇二甲醚滴加到三口烧瓶内,滴加的同时对三口烧瓶内的物质进行搅拌,以使聚乙二醇二甲醚和三甲基镓与乙醚配合物发生根基置换反应而生成聚乙二醇二甲醚与三甲基镓配合物和乙醚;
在将聚乙二醇二甲醚滴加完毕之后,继续搅拌并使它们继续反应5h;
在室温下在氩气气体氛围下且在搅拌条件下,在1×104Pa下抽馏反应时间10h,以将乙醚除去;
将三口烧瓶连接于精馏设备,精馏设备包括刺形分馏柱和冷凝管,使三口烧瓶的压力处于1×105Pa下且在搅拌条件下将三口烧瓶加热至180℃,使得聚乙二醇二甲醚与三甲基镓配合物开始解配,解配过程中控制升温速率为2℃/min,直到在回流下刺形分馏柱的底液温度达到300℃,全程氩气保护,对解配后的三甲基镓通过冷凝管收集,而解配后的聚乙二醇二甲醚留在烧瓶中。
[1]化学词典
[2][中国发明]CN201310280122.6高效低成本生产三甲基镓的方法
[3][中国发明]CN201210232660.3三甲基镓的提纯方法