ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМЕ SB2TE3-ER2TE3

ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМЕ Sb2Te3-EnTe3

Султанова С.Г.

Бакинский государственный университет научный сотрудник-исследователь кафедра «Общая и неорганическая химия» г. Баку, Азербайджан Гасанова З.Т.

Бакинский государственный университет научный сотрудник-исследователь кафедра «Общая и неорганическая химия» г. Баку, Азербайджан Исмаилов З.И. Бакинский государственный университет

к. т.н., доцент, кафедра «Общая и неорганическая химия» г. Баку, Азербайджан

PHASE EQUILIBRIUM IN THE Sb2Te3-EnTe3 SYSTEM

Sultanova S.,

Baku State University Research Fellow Department of General and Inorganic Chemistry

Baku, Azerbaijan Gasanova Z., Baku State University Research Fellow Department of General and Inorganic Chemistry

Baku, Azerbaijan Ismailov Z. Baku State University Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of General and Inorganic Chemistry

Baku, Azerbaijan DOI: 10.5281/zenodo.6973375

Аннотация

Методами физико-химического анализа, в том числе дифференциально термического (ДТА), высокотемпературного дифференциально-термического (ВДТА), рентгенофазового (РФА), микроструктурного (МСА) анализов и измерением микротвердости изучен разрез Er2Te3-Sb2Te3 тройной системы Er-Sb-Te . По данным физико-химического анализа построена диаграмма состояния квазибинарного политермического разреза: Er2Te3-Sb2Te3.

При соотношении компонентов 1:1 в системе образуется тройное соединение состава ErSbTe3 по пе-ритектической реакции при температуре 1285К.

Обнаружена область твердых растворов на основе Sb2Te3, граница которых составляет приблизительно 3 мол.% Sb2Te3 при температуре, 300К.

Установлено, что ErSbTe3 кристаллизуется в ромбической сингонии с параметрами элементарных ячеек, а = 11,51; с = 12,68, a = 5,0lA Abstract

The Er2Te3-Sb2Te3 section of the Er-Sb-Te ternary system was studied by methods of physicochemical analysis, including differential thermal analysis (DTA), high-temperature differential thermal analysis (HTTA), X-ray phase analysis (XRD), microstructural analysis (MSA) and microhardness measurement. For the first time, a state diagram of a quasi-binary polythermal section is presented: Er2Te3-Sb2Te3.

At a ratio of components of 1:1, a ternary compound of composition ErSbTe3 is formed in the system by a peritectic reaction at a temperature of 1285K.

A region of solid solutions based on Sb2Te3 was found, the boundary of which is approximately 3 mol.% Sb2Te3 at a temperature of 300K.

It has been established that ErSbTe3 crystallizes in a rhombic syngony with unit cell parameters, a = 11.51; c = 12.68, a = 5.01A.

Ключевые слова: система, фаза, кристаллизация, сплав, температура, разрез. Keywords: system, phase, crystallization, alloy, temperature, section.

Введение

Современные научно-технический прогресс, включая, освоение космического пространства неразрывно связан с развитием полупроводниковой техники [1-3]. Однако, растущая потребность полупроводниковой техники в материалах пока полностью не удовлетворяется в связи с отсутствием материалов, обладающих разным сочетанием оптических, магнитных и электрофизических свойств. Эти требования к материалам перед химиками-технологами открывают простор новых задач, синтез новых веществ с заданными свойствами.

Исследование систем Ln2Xз-Sb2Xз- Ы2Х3 (Ьи-РЗЭ; Х^, Se, Те) представляет интерес в связи с применением редкоземельных элементов при коммутации термоэлементов на основе БУ2Х3 (Б-БЬ, Бц Х-Б, Бе, Те) [4-6 ].

Халькогениды сурьмы и лантана относятся к различным классам полупроводников, в которых электронная структура компонентов сильно различается. Получение на их основе новых материалов является актуальной задачей и требует фундаментальных поисков в указанной области.

[7-9]. Поэтому исследование фазообразования тройных систем Ьи- Бу -X (где Ьи- Ег; БУ-БЬ, Вц X-Бе, Те) имеет научное и практичное значение.

Методика эксперимента.

Исходными материалами для синтеза сплавов служили Ег металлический; Эрм-О; БЬ марки ''Б-4''; Те марки ТА-2.

Сплавы получали непосредственным сплавлением компонентов в вакуумированных кварцевых ампулах при 900-1300К, в зависимости от состава,

с последующим медленным охлаждением в выключенной печи. Для получения равновесного состояния сплавы подвергались гомогенизирующему отжигу в вакуумированных кварцевых ампулах при температурах на 50-100К ниже температуры соли-дуса в течение двух недель.

Исследование проводили комплексными методами физико-химического анализа по методике ДТА на пирометре НТР-73 и Термоскан-2. РФА проводили снятием рентгенограммы порошков на дифрактометре фирмы "Bruker D8 ADVANCE" при Си Ка- излучении.

Для исследования МСА (микроскоп марки МИМ -7) шлифы сплавов травили разбавленной азотной кислотой (1:1), микротвердость сплавов системы измеряли на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузках 10 и 20 г. Погрешность измерения составляла 2.2-4.3%.

Ликвидус высокотемпературной части диаграмм выполняли на ВДТА-8 в инертной атмосфере с использованием W-W/Re термопар. Скорость нагрева 40 град./мин.

При исследовании микроструктуры сплавов использовали травитель состава 10 мол% конц. H2SO4 + 45г К2СГ2О7 + 90 мол% H2O. Время травления 26с.

Результаты и их обсуждения.

На основании результатов полученных вышеуказанными методами построена фазовая диаграмма системы Sb2Te3-Er2Te3 (рис.1).

mol, %

Рис. 1 Фазовая диаграмма разреза Er2Te3- Sb2Te3

Из рисунка видно, что разрез Sb2Te3-Er2Te3-квазибинарный и относится к простому эвтектическому типу.

При соотношении компонентов 1:1 в системе образуется тройное соединение состава ErSbTe3 по перитектической реакции при температуре 1285К.

Ж + Er2Te3 ~ ErSbTe3

Для установления границ твердых растворов синтезировали дополнительные сплавы через 1 мол% Er2Te3 и отжигали при соответствующей температуре в течение 300 ч. Границы растворимости согласно данным МСА, соответствуют содержанию Er2Te3 от 5 мол% при 300К до 8 мол% при 800К.

Синтез и выделение ErSbTe3 в индивидуальном виде из элементов или лигатур представляет определенную трудность. Поэтому он получен косвенным методом, путем сплавления эквимолекулярных количеств Bi2Te3 с Er2Cb[15,17].

Соединение ErSbTe3 образует эвтектику с а-твердым раствором на основе Sb2Te3. Эвтектика отвечает составу 80 мол% Sb2Te3 при температуре 800К.

Обнаружена область твердых растворов на основе Sb2Te3, граница которых составляет приблизительно 3 мол.% Sb2Te3 при температуре, 300К.

Установлено, что ErSbTe3 кристаллизуется в ромбической сингонии с параметрами элементарных ячеек, а = 11,51; с = 12,68, a = 5,01А.

При измерения микротвердости сплавов получено три ряда значений: на светлой фазе 940-1150 МПа, соответствующее а-твердым растворам на основе Sb2Te3, на серой фазе -2280 МПа, соответствующее новой фазе ErSbTe3, и на темной фазе -2380 МПа соответствующее соединению Er2Te3.

Микротвердость соединения ErSbTe3 составляет 2450МРа.

Сравнивая результаты исследования разреза Er2Te3- Sb2Te3 c известными данными по изучению систем Sb2Te3- Ln2Te3 (где Ln = Ce, Sm, Y, Gd, Pr) [9-14]. Можно заключить, что характер взаимодействия в указанных разрезах однотипны, что по всей вероятности связано с родственностью электронного строения лантаноидов. Разрезам присущи ква-зибинарность с образованием нового перитектиче-ского соединения типа LnSbTe3 и узкая область растворимости на основе Sb2Te3.

Выводы

По данным физико-химического анализа построена диаграмма состояния квазибинарного политермического разреза: Er2Te3-Sb2Te3.

Выявлено, что при соотношении компонентов 1:1 в системе образуется тройное соединение состава ErSbTe3 по перитектической реакции при температуре 1285К.

Обнаружена область твердых растворов на основе Sb2Te3, граница которых составляет приблизительно 3 мол.% Sb2Te3 при температуре, 300К.

Установлено, что ErSbTe3 кристаллизуется в ромбической сингонии с параметрами элементарных ячеек, а = 11,51; с = 12,68, a = 5,01А

Список литературы

1. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник Под ред. Лякишева Р.П.М.; Машиностроение, Т., 1997.с.

2. Мамедова С.Т., Садыгов Ф.М., Бабанлы М.Б.. Изучение фазовых превращений в системе Sb2Teз-CeTe\\Вестник БГУ, серия естественных наук ,1998,№3, с.17-19

3. Садыгов Ф.М., Ильяслы Т.М., Танбарова Т.Т. и др. Электрофизические свойства твердых растворов {(Bi2Se3)1-x(Nd2Se3)0,5(Nd3Se4)0,5}x \\ Ж. Науч. Публикации аспирантов и докторантов, 2015, №2, с.98-100

4. Щурова М.А., Андреев О.В., Кузнецова

A.В., Электрофизические свойства сплавов Bi2-xSe-SmSe как n-типа термоэлектрического преобразователя \\ Вестник Тюмен гос. Университет. Социально-экономические и правовые исследования, 2014 ,№5, с. 113-121.

5. Jiang J., Chen L., Bai Sh., Yao Q., Wang Q. Thermoelectric properties of textured p-type (Bi,Sb)2Te3 fabricated by spark plasma sintering\\ Scripta Materiala ,2005,V. 52, P.347-351

6. Lim S.K., Kim M.Y., Oh T.S. Thermoelectric properties of the bismuth-antimony-telluride and the antinomy telluride films processed by electrodeposition for micro-device applications\\ Thin Solid Filims, 2009, V.517, P.4199-4203.

7. Lin. J. and Vanderbilt D. Weyl semimetals from noneentrosymmetric topological insulators (La-BiTe3, LuBiTe3, LaSbTe3 and LuSbTe3) \\Phys. Reo.

B., 2014, P.155-316.

8. Min. Y., Park G., Kim B., Giri A., Zeng J. at.al. Synthesis of Multishell nanoplates by Consecutive Enhanced Termoelectric Proprties // ASC Nano ,2015, V.9(7), P.6843-6853.

9. G. Jeffrey Snyder and Eric S. Toberer "Complex Thermoelectric Materials" Nature Materials 7, 2008 p.105-114