Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

СИНТЕЗ И РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ В СИСТЕМЕ CU2GES3-AG2GES3

Аббасова В.А. 1 Алвердиев И.Д. 1 Юсибов Ю.А. 1 Бабанлы М.Б. 2
1 Гянджинский государственный университет
2 Институт Катализа и Неорганической Химии им.М.Нагиева НАНА
Методом порошковой рентгенографии изучены твердофазные равновесия в системе Cu2GeS3-Ag2GeS3. Установлено, что она характеризуется образованием~30 мол% и 20 мол% твердых растворов на основе Cu2GeS3 и Ag2GeS3, соответственно. Определены типы и параметры кристаллических решеток твердых растворов
сульфиды меди-германия
сульфиды серебра-германия
твердые растворы
порошковая рентгенография
кристаллическая решетка
1. Алиева З.М.,Багхери С.М.,Алвердиев И.Дж,Юсибов Ю.А., Бабанлы М.Б. Фазовые равновесия в квазитройной системе Ag2Se-Ag8GeSe6-Ag8SnSe6 // Неорган. Матер., 2014, т.50, №10, с.1063-1068
2. Бабанлы М.Б., Юсибов Ю.А., Абишев В.Т. Трехкомпонентные халькогениды на основе меди и серебра. Баку: изд.БГУ, 1993, 342 с
3. Иванов-Щиц А.К., Мурин И.В. Ионика твердого тела.т.1,изд.С.- Петерб. ун-та: 2000, 616 с
4. Aliyeva Z.M., Bagheri S.M., Aliev Z.S., Alverdiyev I.J., Yusibov Yu.A. Babanly M.B The phase equilibria in the Ag2S-Ag8GeS6-Ag8SnS6 system // J. Alloys Compd., 2014, v.611, pp.395–400
5. Alverdiyev I.J., Aliev Z.S., Bagheri S.M., Mashadiyeva L.F., Yusibov Y.A., Babanly M.B. Study of the 2Cu2S+GeSe2 ↔ Cu2Se+GeS2 reciprocal system and thermodynamic properties of the Cu8GeS6-xSex solid solutions //J.Alloys Compd., 2017, v.691, pp.255-262
6. Babanly M.B., Yusibov Yu.A, Babanly N.B. The EMF method with solid-state electrolyte in the thermodynamic investigation of ternary copper and silver chalcogenides. / Electromotive force and measurement in several systems. Ed.S.Kara. Intechweb.Org, 2011, pp.57-78.
7. Bagheri S.M.,Alverdiyev I.J.,Aliev Z.S.,Yusibov Y.A., Babanly M.B. Phase relationships in the 1.5GeS2+Cu2GeSe3↔1.5GeSe2+Cu2GeS3 reciprocal system// J. Alloys Compd., 2015, v.625, pp.131–137
8. Berger L.I. Semiconductor materials. CRC Press, 1996, 493p
9. Jin X., Zhang L., Jiang G., Liu W., Zhu C. High open-circuit voltage of ternary Cu2GeS3 thin film solar cells from combustion synthesized Cu-Ge alloy // Solar Energy Materials and Solar Cells, 2017, v.160, рр.319–327
10. Khanafer M., Rivet J.and Flahaut J. Etude du systeme Cu2S-GeS2.// Bull.Soc.Chim.Fr, 1973, v.3, pp.859-862
11. Nagel A., Range K.J. Verbindungsbildung im System Ag2S-GeS2-AgI // Z. Naturforsch. B 33 (1978) 1461–1464.
12. Parasyuk O.V., Piskach L.V., Romanyuk Y.E., Olekseyuk I.D. et al. Phase relations in the quasi-binary Cu2GeS3–ZnS and quasi-ternary Cu2S–Zn(Cd)S–GeS2 systems and crystal structure of Cu2ZnGeS4 // J. Alloys Compd., 2005, v.397, pp.85–94

Халькогениды меди и серебра с элементами подгруппы германия, в том числе соединения типа АI 2 BIV X 3 (АI-Cu, Ag; BIV-Ge, Sn; X-S, Se, Te) являются ценными функциональными материалами, обладающими термоэлектрическими, фотоэлектрическими, оптическими и др. свойствами [2,8,9]. Некоторые из указанных соединений обладают ионной проводимостью по катиону Cu+(Ag+) и могут быть использованы в качестве электрохимических сенсоров, электродов или электролитных материалов в устройствах электрохимического превращения энергии [3,6].

Для поиска и разработки физико-химических основ получения новых многокомпонентных халькогенидных фаз целесообразно исследование фазовых равновесий в системах, составленных из соединений – формульных или структурных аналогов, поскольку в них можно ожидать образование широких областей твердых растворов.

Ранее нами были изучены некоторые подобные системы- Cu2GeS3-Cu2GeSе3 [7], Cu8GeS6- Cu8GeSe6 [5], Ag8GeS6-Ag8SnS6 [4], Ag8GeSe6- Ag8SnSe6 [1], в которых выявлены новые фазы переменного состава, представляющие практический интерес как функциональные материалы.

В данной работе представлены результаты рентгенографического исследования твердофазных равновесий в системе Cu2GeS3-Ag2GeS3.

Согласно [10], соединение Cu2GeS3 кристаллизуется в орторомбической структуре (Пр.гр. Imm2: а=11.321; b=3.776; с=5.210A). В работе [12] исследованием монокристаллических образцов установлено, что Cu2GeS3 имеет моноклинную структуру (Пр.гр. Сс) с параметрами: a = 6.4396, b = 11.3041, c = 6.4193 A, b= 108,3470, z=4.

Ag2GeS3 кристаллизуется в ромбической структуре (Пр.гр. Cmc21) с параметрами решетки: а=11.791; b=7.079; с=6.344 A) [11].

ЭКСПЕРИМЕНТЫ И ИХ РЕЗУЛЬТАТЫ

Соединения Cu2GeS3 и Ag2GeS3 для проведения исследований синтезировали сплавлением элементарных компонентов с чистотой не менее 99,999% в стехиометрических соотношениях в откачанных до ~10-2Па и запаянных кварцевых ампулах. Синтезы проводили в двухзонных наклонных печах. Нижнюю горячую зону нагревали до температур на ~ 30-500 выше точки плавления синтезируемого соединения, а холодную до 650К, что несколько ниже температуры кипения серы. С учетом литературных данных [2] о твердофазном разложении соединения Ag2GeS3 при 595К, для его полной гомогенизации неотожженный сплав был перетерт в порошок в агатовой ступке, тщательно перемешен, запрессован в таблетку и отожжен при температуре 570K в течение 1000 ч.

Индивидуальность синтезированных соединений контролировали методом РФА. Порошковые рентгенограммы отожженных образцов снимали на дифрактометре D8 ADVANCE фирмы Bruker (CuKα-излучение). Параметры кристаллических решеток исходных соединений и промежуточных сплавов были определены по данным порошковых рентгенограмм с помощью программного обеспечения Topas V3.0. Для синтезированных соединений получены кристаллографические параметры, практически совпадающие с литературными данными [10, 11].

Сплавы системы Cu2GeS3-Ag2GeS3 готовили сплавлением исходных соединений в кварцевых ампулах в условиях вакуума с последующим ступенчатым гомогенизирующим отжигом при 800 К(500ч.) и 570 К(500ч.).

На рис.1. представлены рентгенограммы некоторых сплавов системы Cu2GeS3-Ag2GeS3 после отжига в указанных режимах. Как видно, дифракционная картина сплава состава 20 мол% Ag2GeS3 аналогична таковой для Cu2GeS3, а 80 мол% Ag2GeS3 –с соединением Ag2GeS3. Дифрактограммы сплавов промежуточных составов (40 и 60мол% Ag2GeS3) состоят из совокупности линий отражения обоих исходных соединений с некоторым смещением.

Для определения растворимости на основе исходных соединений нами построены графики концентрационных зависимостей межплоскостных расстояний, отвечающих наиболее сильным рефлексам на порошкограммах Cu2GeS3 (d= 3.0517 Å) и Ag2GeS3 (d= 3.4211 Å) (рис.2). Согласно рис.2, графики указанных концентрационных зависимостей имеют точки изломов при составах ~ 32 и ~ 79 мол% Ag2GeS3, которые соответствуют предельным составам α- и β-твердых растворов, соответственно.

По данным порошковых рентгенограмм вычислены кристаллографические параметры фаз в системе Cu2GeS3-Ag2GeS3, которые представлены в таблице.

Рис. 1. Порошковые рентгенограммы отожженных сплавов системы Cu2GeS3-Ag2GeS3

Рис.2. Зависимости межплоскостных расстояний, отвечающих наиболее интенсивным линиям отражения от состава

Таблица

Фазовые составы и кристаллографические параметры фаз в сплавах Cu2GeS3-Ag2GeS3

Состав,

мол% Ag2GeS3

Фазовый

состав

Пространственная группа и параметры решетки, A

0 (Cu2GeS3)

α

Пр.гр.Imm2: а=11.3181(15); b=3.7802(5); c=5.2166(7)

20

α

Пр.гр.Imm2: a=11.3575(20); b=3.7953(7); c=5.2362(10)

40

α+β

Пр.гр.Imm2: a=11.3837(18); b=3.8025(8); c=5.2456(10)

Пр.гр.Cmc21: a=11.7326(20); b=7.0159(10); c=6.3087(8)

60

α+β

Пр.гр.Imm2: a=11.3834(20); b=3.8038(8); c=5.2462(10)

Пр.гр.Cmc21: a=11.7321(21); b=7.0162(11); c=6.3083(10)

80

β

Пр.гр.Cmc21: a=11.7362(22); b=7.0173(12); c=6.3094(10)

100

β

Пр.гр.Cmc21: a=11.7783(18); b=7.0682(12); c=6.3361(8)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам РФА установлено, что в системе Cu2GeS3-Ag2GeS3 образуются широкие области твердых растворов на основе исходных соединений Cu2GeS3 (30мол%) и Ag2GeS3 (20мол%). Определены типы и параметры кристаллических решеток исходных соединений и твердых растворов.


Библиографическая ссылка

Аббасова В.А., Алвердиев И.Д., Юсибов Ю.А., Бабанлы М.Б. СИНТЕЗ И РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ В СИСТЕМЕ CU2GES3-AG2GES3 // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 12-6. – С. 1128-1131;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=11000 (дата обращения: 19.04.2021).

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 = 1.074