Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ СИСТЕМЫ InSe-CaIn2Se4

Ягубов Н.И. 1 Алиев И.И. 2 Бабанли К.Н. 2 Алиев О.А. 1 Рагимова В.М. 2
1 Бакинский государственный университет
2 Институт Катализа и Неорганической Xимии им. М.Ф. Нагиева НАН Азербайджана
Методами ДТА, РФА, МСА исследована, а также измерением микротвердости и определением плотности и физическими свойствами система InSe-CaIn2Se4 и построена ее T–x_фазовая диаграмма. Установлено, что система InSe-CaIn2Se4 является квазибинарным сечением тройной системы Ca-In-Se. Выявлено, что в системе твердые растворы образуется на основе InSe до 2 мол. % CaIn2Se4 а на основе CaGa2Se4 до 5,5 мол. % InSe. Изучена температурная зависимость электропроводности и термо-э.д.с. монокристаллов соединения CaIn2Se4.
квазибинарная
солидус
ликвидус
эвтектика
сингония
1. Guo C., Tang Q., Huang D., Zhang C., Su Q. Influence of co-doping different rare earth ions on CaGa2S4 : Eu2+, RE3+ (RE = Ln) phosphors. // Journal of Physics and Chemistry of solids. – 2007. – v. 68. – Р. 217–223.
2. Bayramov A., Najafov H., Kato A., Yamazaki M., Fujiki K., Nfzri Md., Iida S. Feasibility of TFEL application of Ce-doped CaGa2S4 and SrGa2S4 films prepared by flash evaporation method. // Journal of Physics and Chemistry of solids. – 2003. – v. 64. – Р. 1821–1824.
3. Коломиец Б.Т., Рывкин С.М. фотоэлектрические свойства сульфида и селенида индия. // ЖТФ. – 1974. – № 19. – С. 2041–2046.
4. Белоцкий Д.П., Бабюк П.Ф., Демянчук Н.В. Физико-химические исследование систем In2Se3 VI-А2VВ3VI. Cб.: Низкотемпературные термоэлектрические материалы. – Кишинев, 1970. – С. 29–35.
5. Славнова Г.К., Лужная Н.П., Медведева З.С. Новые данные по диаграмме состояния системы In-Se. – Журн. Неорган. xимии // 1963. – T. 8, № 5. – С. 1199–1204.
6. Семилетов С.А. Кристаллография. – 1958. – Т. 35, № 3. – С. 288–302.
7. Физико-химические свойства полупроводниковых веществ. Справочник. – М.: Изд-во «Наука», 1979. – № 399. – С. 8.
8. Ягубов Н.И. Синтез и исследование физико-химических свойств халькогаллатов и халькоиндатов элементов П А подгруппы. Дис.канд. хим.наук. – Баку, 1990. – 189 с.

Халькогениды кальция, а также полученные тройные фазы на их основе относятся к перспективным веществам для разработки люминесцентных и фотоэлектрических материалов [1, 2].

Сплавы системы с участием халькогенидов индия обладают термоэлектрическими и фотоэлектрическими свойствами [3, 4]. В последнее время наблюдается повышенный интерес к халькогенидным соединениям сложного состава, поэтому получение материалов на их основе является актуальной задачей и требует фундаментальных поисков.

Создание физико-химических основ получения многокомпонентных фаз с заданными свойствами представляет собой научное и практическое значение.

В настоящей работе приводится диаграмма состояния системы InSe-CaIn2Se4 и результаты исследования некоторых физико-химических свойств соединения CaIn2Se4.

По данным [5], InSe плавится при 660 °С и кристаллизуется в гексагональной сингонии с параметрами элементарной ячейки а = 4.04, с = 16.92 Ǻ, (пр. гр. D46h) [6|. Плотность и микротвердость гексагонального InSe составляют 5.56 г/см3 и 600 МПа соответственно [7].

Соединение CaIn2Se4 плавится конгруэнтно при 900 °C и кристаллизуется в робической сингонии с параметрами элементарной решетки: a = 12,86; b = 13,04; c = 3,90 Å, Z = 4, пр.гр. P21212 и плотность ρ = 5,09 г/ см3 [8].

Материалы и методы исследования

Сплавы синтезировали непосредственным сплавлением компонентов CaIn2Se4 и InSe ампульным методом в температурном 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 сек. Плотность определяли пикнометрическим методом. В качестве рабочей жидкости использовали толуол.

Измерение электропроводности проводили обычным компенсационным методом. Используемые образцы имели форму параллелепипеда. Погрешность эксперимента составляла 2.7–3.0 %.

Результаты исследования и их обсуждение

Синтезированные сплавы системы InSe CaIn2Se4 – компактные черного цвета. Сплавы устойчивы по отношению к воздуху и воде. Концентрированные минеральные кислоты (НNO3, Н2SO4) и щелочи разлагают их.

Методами физико-химического анализа исследована система InSe CaIn2Se4. Результаты ДТА показали, что все фиксированные термические эффекты на кривых нагревания и охлаждения, обратимые. На термограммах сплавов системы обнаружены по два эндотермических эффекта соответствующие ликвидусу и солидусу системы.

Микроструктуру сплавов системы InSe – CaIn2Se4 изучали после отжига.

МСА сплавов показал, что растворимость компонентов в твердом состоянии на основе InSe – 2 мол. % CaIn2Se4, а на основе CaIn2Se4 составляет 5,5 мол. % InSe.

Для уточнения границ области твердых растворов на основе CaIn2Se4 дополнительно синтезировали сплавы, содержащие 3, 5 10 и 12 мол. % InSe. Сплавы отжигали при 200 и 400 °C в течение 150 ч и закаливали в ледяную воду. Затем на этих сплавах проводили МСА. В результате установлено, что растворимость на основе CaGa2Se4 при комнатной температуре составляет 5,5 мол. % GaSe, при 600 ° 20 мол. % InSe (рис. 1).

Для подтверждения результатов ДТА и МСА сплавов системы проводили РФА. На основании экспериментально вычисленных межплоскостных расстояний и интенсивностей линий сравнивали исходные соединения и промежуточные сплавы. Результаты РФА показали, что дифрактограммы сплавов системы InSe-CaIn2Se4 в пределах 2–94,5 мол. % CaIn2Se4 состоят из линий исходных компонентов, что свидетельствует об их двухфазности.

При определении микротвердости сплавов системы InSe-CaIn2Se4 получено два ряда значений: на светлой фазе (600–670) МПа, соответствующие α-твердым растворам на основе InSe, на серой фазе (2670–2720) МПа, β-твердым растворам на основе CaIn2Se4. Нагрузка для α – и β-твердых растворов составляла 0,05 и 0,10 Н, соответственно.

Для литых образцов выявлен значительный разброс значений микротвердости, который после 240 часового отжига при 700 °С стабилизировался.

Совокупность результатов ДТА, МСА, РФА, значений микротвердости и плотности позволила построить диаграмму состояния системы InSe-CaIn2Se4 (рис. 1).

Установлено, что система InSe-CaIn2Se4-квазибинарная, эвтектического типа. Ликвидус системы состоит из двух кривых, соответствующих первичному выделению α и β–твердых растворов, пересекающихся в точке эвтектики при 35 мол. % CaIn2Se4 и при температуре 600 °С. Сплавы до 5,5 мол. % InSe ниже линии солидуса кристаллизуются β-фаза, в пределах 2–94,5 мол. % CaIn2Se4 ниже линии солидуса кристаллизуются двухфазные сплавы (α + β), после этого кристаллизуются однофазные сплавы (β-фаза).

Мoнокристаллы соединения СaIn2Se4 получены методом Бриджменам-Стокбаргера. Этим методом получены монокристаллы соединения СaIn2Se4 больших размеров, которые пригодны для измерения физических свойств. На выращенных монокристаллах измеряли электрофизические свойства.

jg1.wmf

Рис. 1. Диаграмма состояния системы InSe-CaIn2Se4. jg1a.wmf – однофазный область, jg1b.wmf – двухфазный область

jg2a.wmf

а)

jg2b.wmf

б)

Рис. 2. Температурная зависимость электропроводности (σ) (а), термо-э.д.с. (α) (а) и удельные сопротивления (ρ) (б) соединения CaIn2Se4

В данной работе приведены результаты исследования электрофизических свойств соединения CaIn2Se4. На рис. 2 представлена температурная зависимость электропроводности, термо-э.д.с. и удельные сопротивления соединения CaIn2Se4.

На монокристаллических отожженных образцах соединения CaIn2Se4 измерялась электропроводность в интервале температур 20–120 °С. На рис. 2, а приведена кривая температурной зависимости электропроводности CaIn2Se4. Как видно из рис. 2, а с повышением температуры электропроводность CaIn2Se4 возрастает экспоненциально, что характерно для полупроводников.

Для соединения CaIn2Se4 электропроводность при комнатной температуре и 100 °C составляет соответственно σ = 2,13× ×10-8 Oм-1∙см-1 и σ = 2,03∙10-7 Oм-1∙см-1.

На рис 2, а также приведены температурные зависимость термо-э.д.с. соединения CaIn2Se4. Как видно из рис. 2, а для CaIn2Se4 термо-э.д.с. при комнатной температуре составляет α = 510 мкВ/град а при 90 °С α = 215 мкВ/град.

На рис. 2, б представлена температурная зависимость удельного сопротивления соединения CaIn2Se4. Удельное сопротивление CaIn2Se4 при комнатной температуре составляет соответственно ρ = 4,7.107 Oм.см и ρ = 4,9·106 Oм.см


Библиографическая ссылка

Ягубов Н.И., Алиев И.И., Бабанли К.Н., Алиев О.А., Рагимова В.М. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ СИСТЕМЫ InSe-CaIn2Se4 // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 7-1. – С. 45-47;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=6957 (дата обращения: 10.05.2021).

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