Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,731

ХАРАКТЕР ХИМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ SnTe-[AgSbTe2]

Юсибов Ю.А. 1 Сем Кевсар Осман 1 Бабанлы Н.Б. 1 Алиев И.И. 2
1 Гянджинский Государственный Университет
2 Институт катализа и неорганической химии им. М.Ф. Нагиева НАН Азербайджана
Методами ДТА, РФА, МСА, а также измерением микротвердости и определением плотности исследован характер химического взаимодействия в системе SnTe-[AgSbTe2] и построена ее T–x фазовая диаграмма. Установлено, что разрез SnTe-[AgSbTe2] является частично квазибинарным сечением квазитройной системы SnTe-Ag2Te–Sb2Te3. На основе SnTe образуется обширные области (10–100 мол. %SnTe) твердых растворов.
квазитройной
солидус
ликвидус
эвтектика
сингония
1. Алиев И.И., Бабанлы К. Н., Бабанлы Н.Б. Твердые растворы системы Ag2Se-PbSe-Bi2Se3 // Изв. РАН. Неорган. материалы. – 2008. – т. 44. – № 11. – С. 1310–1313.
2. Бабанлы Н.Б., Алиев И.И., Бабанлы К.Н., Юсибов Ю.А. Фазовые равновесия в системе Ag2Te-PbTe-Bi2Te3 // Журн. неорган. химии. – 2011. – Т. 56. – № 9. – С. 1547–1553.
3. Бабанлы Н.Б., Бабанлы К.Н., Алиев И.И. Новые нестехиометрические фазы в системах Ag2X-PbX-Bi2X3(X = Se,Te) // Функциональные и конструкционные материалы: тезисы Mеждународной научно-технической конференции. – Донецск. 19–21 октября 2009. – С. 20.
4. Бабанлы М.Б., Алиев З.С., Амирасланов И.Р. Обзорный статья. Физико-химические аспекты разработки топологических изоляторов-новнго класса функциональных материалов // Аз. Хим. журн. – 2015. – № 3. – С. 6–44.
5. Физико-химические свойства полупроводниковых веществ: справочник. – М.: Наука, 1979. – 399 с.
6. Шевельков А.В. Химические аспекты создание термоэлектрические материалов // Успехи химии. – 2008. – т. 77. – № 1. – С. 3–21.
7. Шелимова Л.Е., Карпинский О.Г., Константинов П.П., Авилов Е.С., Кретова М.А., Земсков В.С. Структура и термоэлектрические свойства слоистых соединений в системах Ge(Sn,Pb)Te-Bi2Te3 // Неорган. материалы. – 2004. – т. 40. – № 5. – С. 530–540.
8. Шелимова Л.Е., Томашик В.Н., Грыцив В.И. Диаграммы состояния в полупроводниковом материаловедении (системы на основе халькогенидов Si,Ge, Sn, Pb): справочник. – М.: Наука, 1991. – 368 с.

В последнее время наблюдается значительное увеличение интереса к сложным халькогенидам тяжелых металлов как перспективным функциональным материалам, которые обладают полупроводниковыми, термоэлектрическими и др. свойствами [6, 7, 8].

Известно, что халькогениды олова, свинца и твердые растворы на их основе являют подходящими термоэлектрическими материалами и широко применяются в преобразователях электрической энергии в тепловую [6, 8]. Поэтому поиск и разработка научных основ получения новых термоэлектрических материалов представляет научное и практическое значение.

Ранее нами были исследованы фазовые равновесия в квазитройных системах Ag2X–PbX–Bi2X3 (X = Se, Te) в которых выявлены широкие области твердых растворов на основе селенида и теллурида свинца [1–4].

В данной работе представлены результаты исследования физико-химического взаимодействия в системе SnTe-[AgSbTe2].

Соединение SnTe плавится конгруэнтно при 1080 K [5] и имеет кубическую решетку с параметрами: a = 6,063 Å, пр.гр. Fm3m-Oh5, плотность rпикн = 6,45 г/cм3, микротвердость Нμ = 440 МПа [5].

По данным [5] [AgSbTe2] плавится конгруэнтно при 843 K и кристаллизуется в кубической сингонии типа NaCl с параметрами решетки: a = 6,078 Å, плотность ρ = 7,12 г/cм3 и микротвердость 1600 MПa [5]. Однако установлено, что сплав состава [AgSbTe2] состоит из двухфазной смеси Ag2Te + [AgSbTe2].

Материалы и методы исследования

Сплавы синтезировали непосредственным сплавлением элементарных компонентов высокой степени чистоты ампульным методом в интервале температур 800–1000 °С с последующим медленным охлаждением при режиме выключенной печи. С целью достижения равновесного состояния образцы отжигали при 550 °С в течение 300 ч.

Исследование данной системы проводили методами физико-химического анализа: дифференциально-термическим (ДТА), рентгенофазовым (РФА), микроструктурным (МСА), а также определением плотности и измерением микротвердости.

Термограммы записывали на низкочастотном терморегистре НТР-73 со скоростью нагревания 9 град/мин. Дифрактограммы снимали на установке D2 PHASER (Cu Ka-излучение). Микротвердость измеряли на микротвердомере Thixomet SmartDrive при нагрузках, выбранных в результате изучения микротвердости каждой фазы. Микроструктуру сплавов изучали на микроскопе МИМ-8. Для травления шлифов сплавов использовали раствор состава 10 мл НNO3 конц. + H2O2 = 1:2 – время травления составляло 15–20 с. Плотность определяли пикнометрическим методом. В качестве рабочей жидкости использовали толуол.

Результаты исследования и их обсуждение

Синтезированные сплавы системы SnTe-[AgSbTe2] – компактные серебристого цвета. Сплавы устойчивы по отношению к воздуху и воде. Концентрированные минеральные кислоты (НNO3, Н2SO4) и щелочи разлагают их.

SnTe-[AgSbTe2]. Результаты ДТА показали, что все фиксированные термические эффекты на кривых нагревания и охлаждения отожженных сплавов обратимые. На термограммах обнаружены по два эндотермических эффекта соответствующие ликвидусу и солидусу системы.

Микроструктуру сплавов системы SnTe-[AgSbTe2] изучали после отжига. Результаты МСА показал, что в системе на основе SnTe образуются обширные области β-твердых растворов 10–100 мол. % SnTe сплавы с составами 90 мол. % SnTe состоят из двухфазной смеси β + Ag2Te.

pic_8.tif

Рис. 1. Дифрактограммы сплавов системы SnTe-[AgSbTe2]: 1 – SnTe; 2 – 20; 3 – 40; 4 –60; 5 – 80; 6 – 90 мол. % [AgSbTe2]

Для подтверждения результатов ДТА и МСА сплавов системы SnTe-[AgSbTe2] проводили РФА. На основании экспериментально вычисленных межплоскостных расстояний и интенсивностей линий сравнивали исходные соединения и промежуточные сплавы. Результаты РФА показали, что дифрактограммы сплавов системы SnTe-[AgSbTe2] в пределах 0–90 мол. % [AgSbTe2] идентичны (рис. 1) и имеют дифракционные картины, характерные для кубической сингонии. Это показывает, что указанные сплавы представляют собой твердые растворы на основе SnTe.

pic_9.wmf

Рис. 2. Диаграмма состояния системы SnTe-[AgSbTe2]

Составы, результаты ДТА, измерения микротвердости и определения плотности сплавов системы SnTe-[AgSbTe2]

Состав, мол. %

Термические эффекты нагревания, K

Плотность, г/см3

Микротвердость, МПа

SnTe

[AgSbTe2]

α

Ag2Te

P = 0,05 N

0,02 N

100

0,0

1080

6,45

500

95

5,0

1060

6,45

570

90

10

1015,1040

6,45

610

80

20

970,1010

6,45

700

70

30

930,975

6,45

840

60

40

910,950

7,12

900

50

50

880,915

7,12

950

40

60

870,890

7,12

900

30

70

870

7,12

860

20

80

865

7,12

820

10

90

850

7,12

800

160

0,0

100

815,845

7,12

780

150

При определении микротвердости сплавов системы SnTe-[AgSbTe2] получено два ряда значений, на светлой фазе 780–1000 МПа, соответствующие β-твердым растворам на основе SnTe, на серой фазе 150–160 МПа, отвечающие Ag2Te (рис. 2 б). Нагрузка для α- и β-твердых растворов составляла 0,05 и 0,02 Н, соответственно.

Для литых образцов выявлен значительный разброс значений микротвердости, который после 240 часового отжига при 500 °С стабилизировался.

Совокупность результатов ДТА, МСА, РФА, значений микротвердости и плотности позволила построить диаграмму состояния системы SnTe-[AgSbTe2] (рис. 2 a).

Диаграмма состояния система SnTe частично квазибинарная. Ликвидус системы состоит из двух кривых, соответствующих первичному выделению β–твердых растворов на основе SnTe и α-фазы на основе Ag2Te.

В интервале концентраций 10–100 мол. % SnTe ниже линии солидуса сплавы состоят из β-фазы, а в интервале 0–10 мол. % SnTe из двухфазной смеси β + Ag2Te.


Библиографическая ссылка

Юсибов Ю.А., Сем Кевсар Осман, Бабанлы Н.Б., Алиев И.И. ХАРАКТЕР ХИМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ SnTe-[AgSbTe2] // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 11-3. – С. 345-347;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=7736 (дата обращения: 12.12.2017).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252