Современная оптоэлектроника

Одной из проблем, стоящих перед инженером – технологом, является охрана окружающей среды. Решение сегодняшних экологических проблем заключается в создании экологически безопасных, малоотходных и безотходных технологических процессов, производств и территориально-производственных комплексов, т.е. технологических процессов и производств, вписывающихся в природные системы и отличающиеся высокой степенью инженерно-экологического совершенства, с надёжными методами прогнозирования последствий технических решений и чёткой системой контроля выбросов.

Все проекты на строительство и реконструкцию промышленных предприятий должны подвергаться экологической экспертизе и не утверждаться без всех вопросов охраны окружающей среды в связи с высоким современным уровнем развития науки и техники.

Охрана окружающей среды является составной частью программы рационального использования природных богатств. На сегодняшний день развитие научно-технического прогресса и связанные с ним грандиозные масштабы человеческой деятельности привели к резкому ухудшению состояния окружающей среды.

Электронная промышленность является одной из наиболее прогрессивных в научно-техническом плане. Основная задача – создание таких технологических схем, в которых предусматривается практически полная ликвидация вредных выбросов в окружающую среду. В результате использования новых технологий и материалов можно увеличить срок службы приборов, уменьшить процент брака, габариты приборов, что даёт возможность уменьшить количество отходов и затрат на их переработку.

6.2 Экологическая характеристика темы работы.

Данная дипломная работа заключается в получении плёнок германосилленита, легированных хромом методом жидкофазной эпитаксии. На разных этапах работы в качестве загрязнителей окружающей среды могут выступать следующие соединения:

- пыль GeO2, Bi2O3, Cr2O3 . Она образуется на всех этапах подготовки шихты, улавливается системами вытяжной вентиляции и выбрасывается в атмосферу.

- соляная кислота, которая используется для отмывки тиглей и подложек от остатков расплава.

Данная работа является исследовательской, в связи с этим выбросы в окружающую среду минимальны.

6.3 Токсикологическая характеристика сырья, реагентов, промежуточных и конечных продуктов.

Оксид хрома (III) Cr2O3

Тёмно – зелёный порошок, ТП.Л.=2235 оС, , ρ=5,21 г/см3

При длительном воздействии низких концентраций поражение слизистой носовой перегородки ограничивается поверхностной эрозией. Наиболее характерны поражения печени, страдают также и почки.

При воздействии хрома на организм развиваются сильные поражения дыхательных путей с развитием бронхоспазма и бронхиальной астмы в результате сенсибилизации; аллергические заболевания кожи: дерматиты, язвы. Длительное вдыхание аэрозолей соединений хрома (IV) (III) ведет к субаттрофическим изменениям слизистых оболочек дыхательных путей, поражению органов дыхания вплоть до развития пневмосклероза.

ПДКР.З. = 1,0 мг/м3, , ПДК С.С..=0,01 мг/м3

Оксид германия GeO2

GeO2 – белый порошок; М = tпл = 1115°С, плотность – 4,7 г./см3. Растворимость в воде составляет 0,4 % (при 20 °С). В щелочах растворяется с образованием германатов.

Предельно допустимая концентрация GeO2 в воздухе – 2 мг/м3.

Токсичность.

При продолжительном вдыхании GeO2 могут наблюдаться стойкие заболевания лёгких называемые силикозом.

Оксид висмута Bi2O3

Bi2O3 – порошок лимонно - жёлтого цвета, М = 465,96; tпл = 820°С, плотность – 8,9 г./см3. Не растворим в воде.

Токсичные свойства Bi2O3 не изучены.

Соляная кислота HCl.

М = 36,5. Бесцветная негорючая жидкость tпл = 17°С, кипит с разложением. Концентрированная кислота (37 %) имеет плотность – 1,183 г./см3.Растворима в воде.

Туман соляной кислоты вызывает резкую болезненность кожи лица. При высокой концентрации паров кислоты – раздражение слизистых оболочек, в особенности носа, конъюктивит, помутнение роговицы, охриплость,насморк.

ПДК в воздухе рабочей зоны 5 мг/м3. Класс опасности – 2. ПДК в воде водоёмов санитарно-бытового водопользования – 10 мг/л.

6.4 Переработка и обезвреживание твердых отходов.

Остатки шихты после выращивания пленок силленита выплавлялись и шли на утилизацию .

6.5 Переработка и обезвреживание жидких отходов.

Используемую для отмывки пленок соляную кислоту собираем в предназначенную для этого емкость и в дальнейшем нейтрализовываем содой перед сливом в канализацию.

6.6 Укрупненная оценка экономического ущерба от загрязнения атмосферы .

В процессе проведения дипломной работы в атмосферу могут попасть незначительные количества веществ, используемых для приготовления шихты. Расчет возможного ущерба от загрязнения атмосферы рассчитывается по формуле:

, где

– удельный ущерб от выброса в атмосферу одной условной тонны загрязняющих веществ, = 2,4 руб./усл.т

М –приведенная масса годового выброса, , где

mi – количество поступающего в атмосферу вещества i-го типа;

­– показатель относительной агрессивности.

Для определения показателей относительной агрессивности пользуются формулой:

, где

ai – характеризует относительную опасность присутствия примеси в воздухе, вдыхаемом человеком;

αi – поправка, учитывающая вероятность накопления исходной примеси или вторичных загрязняющих веществ в компонентах окружающей среды и цепях питания, а также поступление примеси в организм человека не ингаляционным путем;

δi – поправка, характеризующая вредное воздействие примеси на остальных реципиентов ( кроме человека );

λi – поправка на вероятность вторичного заброса примеси в атмосферу после их оседания на поверхности ( для пылей );

βi – поправка на вероятность образоваия из исходных примесей, выброшенных в атмосферу, ( вторичных ) загрязняющих веществ, более опасных, чем исходные ( для легких углеводородов );

Показатель ai задает уровень опасности для человека вещества i-го типа по отношению к уровню опасности оксида углерода:

ai = ((ПДКС.С со ∙ ПДК Р.З со)/( ПДКС.С i ∙ ПДК Р.З i))0.5 = (60/(ПДКС.С i ∙ ПДК Р.З i))0.5

ПДКС.С i и ПДК Р.З i взяты из справочника ( 74 ).

Пример расчета ai:

ACr2O3 = (60/0,015∙0,010)0.5 = 4472,14

расчет остальных аналогичен приведенному.

Примем , что за время проведения дипломной работы образовалось около 0,5 гр. каждого компонента.

=(154,92 + 173 + 3162,3 )∙5∙10-7 = 17451,1×10-6 т

т.к. институт расположен в центре города =8

скорость оседания частиц для тонкодисперсных порошков примем V< 20 м/с

разность температур внутри помещения и в окружающей атмосфере составляет 150С

Для учета подьема факела используем поправку:

φ= 1+Δt/75 = 1+15/75 = 1,2

Высота трубы – 32 м

Величина поправки на характер рассеивания примеси :

f = f2 = (1000/(60+φ∙h))0.5∙(4/(1+U))

U – значение модуля скорости ветра на уровне флюгера принимаем равным 3 м/с

f = f2 =(1000/(60+1,2∙32))0.5∙(4/(1+3)) = 3,188

УАТМ = 2,4∙8∙3,188∙174511∙10-7 = 1,06 руб.

Как видно из расчета, ущерб от выброса в атмосферу пыли используемых веществ, незначителен.

6.7 Укрупненная оценка ущерба от загрязнения водоемов.

Ущерб окружающей среде в данной дипломной работе может быть нанесен в результате неправильного обращения с жидкими отходами например с соляной кислотой, которая используется для промывки подложек от остатков шихты и должна быть затем нейтрализована.

Расчет ущерба производим по формуле:

, где М – приведенная масса загрязняющих веществ рассчитывается по формуле:

Расчет производим для HCl , общее количество которого 250 гр. в пересчете на 100%

АHCl = 1/ПДКHCl = 1/0,005 = 200

М = 200 ∙ 250∙10-6 = 0,05 усл.т

УВОД = 400 ∙ 2,6 ∙ 0,05 = 52 руб.

6.8 Выводы.

Проведение дипломной работы не наносит существенного ущерба окружающей среде. Возможный ущерб составляет 53,06 руб. В результате обезвреживания жидких отходов исключается загрязнение водоемов. Фактический ущерб – 1,06 руб., предотвращённый ущерб – 52 руб.

7 Cписок литературы.

1. А.А. Ballman, J. Cryst. Growth; 1961, I,37/

2. S.C. Abrahams; P.B. Jamieson; J.L. Bershtein; J. Chem. Phys. 1967,47,4034.

3. L.G. Sillen; Arkiv Kemi, Mineralogy and Geology 12A, 1-13, 1937.

4. E.M. Levin; J. Am. Cer. Soc. 46(1), 59-60, 1963.

5. А.А. Майер, Диссертация на соискание учёной степени д. х. н., М. 1974.

6. Т.А. Бабонас, Е.А. Жогова, Ю.Г. Зарецкий, Г.А. Курбатов, Ю.И. Уханов, Ю.В. Шмарцев, Физика твёрдого тела (ФТТ), 1982, 24, № 7.

7. S. Venugopalan, A.K. Ramdas, Phys. Pev., 5, 1972.

8. E.M. Levin; J. Am. Cer. Soc. 46(1), 2005-2015, 1963.

9. P.V. Lenzo, Spenser, Ballman, Appl, Phys., Let., 9, 290, 1966.

10. P.V. Lenzo, Spenser, Ballman, Appl, Phys., Opt., 5, 1688, 1965.

11. P.V. Lenzo, Spenser, Ballman, Phys., Rev., Let., 19, 641, 1961

12. P.V. Lenzo, Spenser, Ballman, Proc., J.E.E.E., 55, 2074, 1967.

13. Е.И. Сперанская, А.А. Аршакуни, Система Bi2O3 – GeO2 .// ЖНХ. – 1964. – Т.9, № 2. – с. 414 – 421.

14. Е.И. Сперанская, В.М. Скориков, Г.М. Сафронов, Г.Д. Миткина, Система Bi2O3 – SiO2.// Изв. АН СССР. Сер.: Неорг. Мат-лы.- 1968. – Т. 4, № 8 – с. 1374 – 1375.

15. Г.М. Сафронов, В.Н. Батог, Ю.И. Красилов, В.И. Пахомов, П.М. Фёдоров, В.И. Бурков, В.М. Скориков, Изв. АН СССР, серия “ Неорганич. материалы”, 4, 2, 1965.

16. L. Vitert, J. Amer. Cer. Soc., 48, 2 1965

17. А.С. Сонин, А.С. Василевская, Электрооптические кристаллы, М., 1971.

18. Л.Н. Дмитрук, Влияние некоторых технологических параметров на процесс роста и свойства монокристаллов со структурой силленита (силикат, германат, титанат висмута)// Кандидат. диссертация, МХТИ, 1970,177 с.

19. С.С. Каринский, Устройство обработки сигналов на ультразвуковых поверхностных волнах.// Советское радио. – 1975. – стр. 163.

20. В.И. Речицкий, Линии задержки на поверхностных акустических волнах. // Зарубежная радиоэлектроника. – 1979. - №10 стр. 59 – 71.

21. Н.И. Кацавец, Е.И. Леонов, И. Муминов, В.М. Орлов, Фотопроводимость легированных кристаллов Bi12TiO20 и твёрдых растворов Bi12SixTi1-xO20.// Письма в ЖТФ. 1984.- т.10, № 15, -стр. 932 – 936.

22. В.Н. Батог, В.И. Бурков, “ Кристаллография ”, 15, 5, 928, 1969.