(Bi2Te3)1-X(Ga2Te3)X SİSTEMİNİN FAZA TARAZLIĞININ VƏ TERMOELEKTRİK XASSƏLƏRİNİN TƏDQİQİ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

KiMYA PROBLEMLaRi № 3 2015

267

UOT 546.811.86.22

(Bi2Te3)1_X(Ga2Te3)X SiSTEMiNiN FAZA TARAZLIGININ Va TERMOELEKTRiK

XASSaLaRiNiN TaDQiQi

M.H.§ahbazov, E.M.Mustafayeva , Z.T.aliagayeva, S.§.Zeynalli

Azzrbaycan Dövlzt Pedaqoji Universiteti AZ1001 Baki, Ü.Hacibzyov küg., 34; e-mail: adpu@azru.com

Fiziki-kimyzvi analizin DTA, MQA, RFA elzcz dz mikrobzrkliyin ölgülmzsi metodlarinin kömzyilz (Bi2Te3)1-x(Ga2Te3)x sisteminin Bi2Te3 tzrzfdzn hal diaqraminin hisszsi qurulmu§ vz Bi2Te3 zsasinda mzhdud hzllolma sahzsinin szrhzddi müzyyznlz§dirilmi§dir.Sistemin Bi2Te3 zsasinda bzrk mzhlul zrintilzrinin termoelektrik xasszlzri hzm otaq temperaturunda, hzm dz geni§ temperatur intervalinda (~700 K) tzdqiq edilmi^dir.

Agar sözlzr: kvazibinar sistem, evtektika, bzrk mzhlul, likvidus, solidus.

Malumdur ki, stibium va bismutun xalkogenli birla^malari termoelektrik materiallar olub, elektrik enerjisini istilik enerjisina ^evirici kimi geni§ tatbiq olunur [14]. Ona göra da yeni termoelektrik materiallarin axtari^i elmi va praktiki ahamiyyat kasb edir.

Tadqiq etdiyimiz (Bi2Te3)1-x(Ga2Te3)x sistemin ba^langic komponentlari haqqinda qisa malumat:

Bi2Te3 birla^masi mürakkab zonali, mürakkab qurulu^lu va mürakkab kimyavi rabitaya malik olmaqla, a§agi temperatur intervalinda enerji ^eviricilari kimi termoelementlarin, termosoyuducularin, termogeneratorlarin va s. hazirlanmasinda geni§ tatbiq olunan defekt qurulu^lu yarimke^iricidir. Stexiometrik tarkibli Bi2Te3 585 0C-da a?iq maksimumla ariyir va likvidus ayrisinda maksimuma uygun olmayaraq bismutun 0.065 at % artigi tarafa yerini dayi^ir.

Bi2Te3 heksaqonal sinqoniyada kristalla^ir, qafas sabitlari: a = 4.3835; c = 30.48 Ä, faza

qrupu - nvc., sixligi 7.8588 q/sm3,

mikrobarkliyi 940 MPa, qadagan ol 111111111$ zolagin eni AEg -0.29 eV, termo.-e.h.q.-si 150167 mkV/dar. Elektrikke?iriciliyi 400-600

-1 -1 -3

Om -Sm" , istilikke^irmasi 14.5-10" Vt/sm-dar., yükda^iyicilarin qatiligi isa 2.5-1019 sm-3-dir [2].

Ga2Te3 birla^masi fotohassas, suya qar^i maddadir. arima temperaturu 7920C, sixligi 5.58-5.60 q/sm3, mikrobarkliyi 2370 MPa, amalagalma istiliyi 65-82.5 kkal/mol. Ga2Te3-ün strukturu defekt olmaqla, sfalerit (ZnS) struktur tiplidir: sabitlari a = 5.887 ± 0.003 Ä, xüsusi elektromüqavimati 2.7-106 Om-sm, yükda^iyicilarin qatiligi 7.2-109 - 3.14-1016 sm-3, termo.-e.h.q.-si 560-569 mkV/dar. Qadagan

qara rangli, davamli bark

olunmu$ zolagin fotoke?iricidir [5].

eni AEg - 0.975 eV,

TacRUBi HiSSa

(Bi2Te3)1-x(Ga2Te3)x sisteminin arintilari havasi 0.133 Pa tazyiqa qadar £ixarilmi$ kvars ampulada eyni zonali sobada elementlardan birba^a sintez olunmu^dur. Sistemin ba^langic komponentlari Bi2Te3 va Ga2Te3: gallium xüsusi tamiz - 99.9998, bismut B-3, tamiz tellurdan B-3 markali istifada edilmi^dir. Sistemi tadqiq etmak ü?ün

müxtalif tarkibli arintilar sintez olunmu$ va arintilari homogenla^dirmak ü^ün termiki emal edilmi^dir. Termiki emal edilmi$ müxtalif tarkibli arintilar fiziki-kimyavi analizin DTA, RFA, MQA va mikrobarkliyin öl^ülmasi metodlarinin kömayila tadqiq olunmu^dur. Diferensial-termiki analiz NTR-73 markali al^aq tezlikli termoqrafda

KiMYA PROBLEMLaRi № 3 2015

268

M.H. § AHBAZOV va b.#

aparilmi?dir. Orintilarin qizma sürati 10 dar/daq olmu? va etalon kimi Al2O3 götürülmü?dür. Mikroqurulu? analizi MÍM-8 metallik mikroskopda aparilmi? va arintilarda faza sarhaddini tayin etmak ü?ün a?ilayici olaraq HNO3:CH3COOH=1:1 qari?igindan istifada olunmu?dur. Ga2Te3-la zangin olan arintilar qara rangda asan

dagilan, Bi2Te3-ün artmasi ila i?iqli, tabaqali olur. Rentgenfaza analiz DRON-3

rentgen difraktometrinda CuK„-

?üalanmasinda va nikel süzgacindan istifada olunmaqla aparilmi?dir. Orintilarin mikrobarkliyi PMT-3 markali metalloqrafik cihazda va xüsusi ?aki doldurucu toluol olmaqla öl?ülmü?dür.

NOTiCOLOR VO ONLARIN MÜZAKÍROSÍ

(Bi2Te3)1-x(Ga2Te3)x sisteminin müxtalif tarkibli arintilari suda va üzvi halledicilarda (aseton, benzol, toluol) hall olmur. Mineral tur?ular: HNO3 adi temperaturda ?iddatli, HCl va H2SO4 isa qizdirdiqda par^alayirlar. Ham^inin arintilara qalavilar da (NaOH, KOH) tasir göstarir. Orintilarin homogenla?dirilmasi 300 saat 4500C-da tablamaya qoyulmu?dur. Mikroqurulu? analizi vasitasila arintilarin tarazliq halina nazarat edilmi?dir. Sistemin bütün arintilarinin termoqrammasinda iki 5700C-da evtektik va likvidus temperaturlarini göstaran effektlar alinmi?dir.

Sistemda 0.3 mol % Bi2Te3 va 0.5 mol % Ga2Te3 bark mahlul homogen sahalari müayyan edilmi?dir ki, bunu mikroqurulu? analizi tasdiq edir. Orintilarin mikroqurulu? analizi göstarir ki, tarkiblari 0.5-99.4 mol % Ga2Te3 olan arintilar iki fazadan: tutqun -Ga2Te3 va i?iqli faza Bi2Te3 -dan ibaratdir. Evtektik tarkib 5700C va 55 mol % Bi2Te3 uygun galir. Sistemda evtektikanin tarkibini mikroqurulu? va differensial-termiki analizlarinin naticalari da tasdiq edir (Tamman ü^bucaginin qurulmasi).

Aparilmi? mikroqurulu? analiza asasan Bi2Te3 asasinda bark mahlul sahasinin

sarhaddi muayyanlasdirilmi^dir. Sistemda evtektik temperaturda 5700C hallolma 0.7 mol % Ga2Te3, otaq temperaturunda isa azalaraq 0.5 mol % Ga2Te3 ?atir. Sistemin arintilarinin mikrobarkliklari ol^ulmu^ va Bi2Te3-la zangin olan i^iqli faza - 900 MPa, tutqun faza Ga2Te3-la zangin olan arintilar isa 2340 MPa olur ki, bu da adabiyyatlarda olan malumatlarla tam ust-usta du§ur. Yuxarida gostarilan tadqiqat usullarina asasan

(Bi2Te3)i-x(Ga2Te3)x sisteminin Bi2Te3 tarafdan hal diaqraminin hissasi qurulmu^dur ($akil 1).

Sistemin termoelektrik xassalarini ol^niak u?un Bi2Te3 asasinda bark mahlul arintilari ki^ik faizlarda: 0; 0.1; 0.2; 0.3; 0.4 va 0.5 mol % Ga2Te3 ayrica sintez olunmu? va arintilar xususi handasi formaya (D=4-6 mm; l=8-10 mm olmaqla) salinaraq ham otaq temperaturunda, ham da geni§ temperatur (~700 K qadar) intervalinda ol?ulmu§dur. Ol?ma naticasinda muayyan olunmu^dur ki, Bi2Te3 asasinda butun tadqiq olunan bark mahlul arintilari n-tiplidir. (Bi2Te3)1-x(Ga2Te3)x sisteminin Bi2Te3 asasinda bark mahlul arintilarinin bazi termoelektrik xassalari a^agidaki cadvalda verilmi^dir.

Tark Mo ib, % o, Om-1sm-1 a, mkV/dar a2 o 1 • 10-3 'nimumi kal/sm-san-dar ^elektron kal/sm-san-dar ^qafas 10 kal/sm-san-dar Z •10-1, dar-1

Bi2Te3 Ga2Te3

100 99.9 99.8 0 0.1 0.2 1250 1020 880 100 110 125 12.50 13.34 13.75 5.32 4.5 4.2 2.30 1.90 1.60 3.00 2.60 2.50 0.56 0.71 0.78

KÍMYA PROBLEMLORÍ № 3 2015

(Bi2Te3)1-x(Ga2Te3)x SÍSTEMÍNÍN FAZA TARAZLIGININ

269#

99.l G.3 68G 146 14.3G 3.l 1.3G 2.4G G.92

99.6 G.4 46G 1l2 12.l2 3.2 G.8G 2.4G G.95

99.55 G.45 25G 198 W.4 2.4 G.5G 1.9G 1.G3

99.5 G.5 23G 2M 1G.14 2.2 G.4G 1.8G 1.1G

§akil 1. Bi2Te3 tarafdan hal diaqraminin hissasi

Cadvaldan göründüyü kimi arintilarda (taxminan iki dafa) sonra isa tadrican ($akil Ga2Te3-ün artmasila termo.-e.h.q.-si kaskin 2a). Elektrikkeçiricilik tarkibdan asili olaraq artir azalir.

Çakil 2.Bi2Te3 asasinda arintilarin termo.-e.h.q.-sinin (a), elektrikkeçirmasinin (b) va istilikkeçirmasinin (c) otaq temperaturunda tarkibdan asililigi.

Cadvalda göstarilan tarkibli bark rinin temperatur asililiqlari da ôlçûlmûçdûr. mahlul arintilarinin termoelektrik xassala- Bela ki, bütün bark mahlul arintilarinin

KÍMYA PROBLEML9RÍ № 3 2G15í#

270

M.H.§AHBAZOV va b.#

istilikke^irma va termo.-e.h.q.-si temperaturdan asili olaraq azalir ($akil 3a), elektrikke^iriciliyi isa 500 K qadar azalir,

sonra isa temperaturun artmasi ila (~700 K) artir ($akil 3b).

§akil 3. Bi2Te3 asasinda arintilarin termo.-e.h.q.-sinin (a) va elektrikke^irmalarinin (b) temperatur asililigi.

aDOBiYYAT

1. Абрикосов Н.Х., Агеев Ю.И., Иванова Л.Д. и др. Исследование монокристаллов термоэлектрических материалов на основе твердых растворов халькогенидов Sb и Bi. // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1979. Т. 15. №11. с. 1381-1385. (Abrikosov N.H., Ageev Ju.I., Ivanova L.D. i dr. Issledovanie monokristallov termojelektricheskih materialov na osnove tverdyh rastvorov hal'kogenidov Sb i Bi. //Izv. AN SSSR. Neorgan. materialy. 1979. T. 15. №11. c. 1381-1385.)

2. Гольцман Б.М., Кудинов В.А., Смирнов И.А. Полупроводниковые термоэлектрические материалы на основе Bi2Te3. М.: Наука. 1972. 334 с.

(Golsman B.M., Kudinov V.A., Smirnov I.A. Poluprovodnikovye termojelektricheskie materialy na osnove Bi2Te3. M.: Nauka. 1972. 334 s.)

3. Иванова Л.Д., Гранаткина Ю.В. Термоэлектрические свойства Bi2Te3-Sb2Te3 монокристаллов в диапазоне 100700 К. // Неорган. материалы. 2000. Т. 36. №7. с. 672-675. (Ivanova L.D., Granatkina Ju.V. Termojelektricheskie svojstva Bi2Te3-Sb2Te3 monokristallov v diapazone 100-700 K. // Neorgan. materialy. 2000. T. 36. №7. c. 672-675.)

4. Коленко Е.А. Термоэлектрические охлаждающие приборы. М.: Наука. 1967. 258 с. (Kolenko E.A. Termojelektricheskie ohlazhdajushhiepribory. M.: Nauka. 1967. 258 s.)

5. Медведева З.С. Халькогениды элементов III Б подгруппы периодической системы. М.: Наука. 1968. 315 с. (Medvedeva Z.S. Halkogenidy elementov IIIB podgruppy periodicheskoj sistemy. M. Nauka. 1968. 315 s.)

KiMYA PROBLEML9M № 3 2015

(Bi2Te3)i-x(Ga2Te3)x SiSTEMiNiN FAZA TARAZLIGININ

271

6. §ahbazov M.H., Zeynalli S.$. Mustafayeva Kimya Problemfori. 2014. №3. s. 281-284. E.M. GaTe-Bi2Te3 sistemindz faza tarazligi. //

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ И ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ В СИСТЕМЕ (Bi2Te3)i-x(Ga2Te3)x

М.Г.Шахбазов, Э.М.Мустафаева, З.Т.Алиагаева, С.Ш.Зейналлы

Азербайджанский государственный педагогический университет AZ1001 Баку, ул. У.Гаджибекова, 34; e-mail: kindteacher2010@mail.ru

Методами физико-химического анализа (ДТА, РФА, МСА), а также измерением микро- твердости исследована система (Bi2Te3)1-x(Ga2Te3)x и выявлена область ограниченной растворимости на основе Bi2Te3. Изучены термоэлектрические свойства сплавов твердых растворов на основе Bi2Te3 в широком интервале температур.

Ключевые слова: квазибинарная система, эвтектика, твердый раствор, ликвидис, солидус.

RESEARCH INTO PHASE EQUILIBRIUM AND THERMOELECTRIC PROPERTIES IN

THE SYSTEM (Bi2Te3)1-x (Ga2Te3)x

M.H.Shahbazov, E.M.Mustafayev, Z.T.Aliagaeva, S.Sh.Zeynalli

Azerbaijan State Pedagogical University 34 Hajibeyov str., Baku AZ1001; e-mail: kindteacher2010@mail.ru

Using methods of physic-chemical analysis (DTA, XRD, ISA) and microhardness measurements the authors examined the system (Bi2Te3)1-x (Ga2Te3)x and identified areas of limited solubility based on Bi2Te3. Thermoelectric properties of solid solutions on the basis of Bi2Te3 have been analyzed in broader temperature intervals. Keywords: quasi-binary systems, eutectic, solid solution, liquids, solidus.

Redaksiyaya daxil olub 17.03.2015.

KiMYA PROBLEML9RI № 3 2015