CC BY
11CHEMICAL SCIENCES
PHASE BALANCE IN THE SYSTEM Bi2Te3 - Nd2Te3
Sadigov F.
Doctor of Chemical Sciences, Professor, General and Inorganic Chemistry
Baku State University, Baku, Azerbaijan
Ismailov Z.
Ph.D., Associate Professor, General and Inorganic Chemistry Baku State University of Baku, Azerbaijan
Mirzoeva R.
Ph.D., Researcher, General and Inorganic Chemistry Baku State University of Baku, Azerbaijan
Shukurova G.
Ph.D., Senior Researcher, General and Inorganic Chemistry Baku State University of Baku, Azerbaijan
Hasanova Z.
Researcher, General and Inorganic Chemistry Baku State University of Baku, Azerbaijan Mustafaeva K.
Junior Researcher, General and Inorganic Chemistry Baku State University of Baku, Azerbaijan
ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМЕ Bi2Te3 - Nd2Te3
Садыгов Ф.М.
д.х.н., проф., «Общей и неорганической химии Бакинский государственный университет, Баку, Азербайджан
Исмаилов З.И.
к. т.н., доцент, «Общей и неорганической химии Бакинский государственный университет г. Баку, Азербайджан
Мирзоева Р.Д.
к.х.н., научный сотрудник «Общей и неорганической химии Бакинский государственный университет г. Баку, Азербайджан
Шукурова Г.М.
к.х.н., старший научный сотрудник, «Общей и неорганической химии Бакинский государственный университет г. Баку, Азербайджан
Гасанова З.Т.
научный сотрудник, «Общей и неорганической химии Бакинский государственный университет г. Баку, Азербайджан
Мустафаева К.З.
младший научный сотрудник, «Общей и неорганической химии Бакинский государственный университет г. Баку, Азербайджан
Abstract
Using DTA, XRD, MSA, and microhardness measurements, we studied the nature of the physicochemical interaction of the components of the Bi2Te3-Nd2Te3 system and constructed its phase diagram, which relates to eutectic and peritectic types with limited solubility. The eutectic of the system crystallizes at 723 K and 20 mol% Nd2Te3. The region of a - solid solutions based on Bi2Te3 extends to 4-mol % Nd2Te3 at room temperature. Аннотация
Методами ДТА, РФА, МСА и измерения микротвердости изучен характер физико-химического взаимодействия компонентов системы Bi2Te3- Nd2Te3 и построена ее фазовая диаграмма, которая относится к эвтектическим и перитектическим типам с ограниченной растворимостью. Эвтектика системы кристаллизуется при 723 К и 20 мол% Nd2Te3. Область a - твердых растворов на основе Bi2Te3 простирается до 4 мол% Nd2Te3 при комнатной температуре.
Keywords: eutectic, microhardness, peritectic, solid solutions
Ключевые слова: эвтектика, микротвердость, перитектика, твердые растворы
10
Norwegian Journal of development of the International Science No 36/2019
Поиск, приобретение и исследование термоэлектрических материалов нового поколения с высокой эффективностью является одной из наиболее актуальных проблем современного материаловедения. Среди этих материалов особое место занимают теллуриды сурьмы и висмута [1,2]. Ранее Bi2Teз был широко известен благодаря своим термоэлектрическим свойствам [3]. Совсем еще молодое, но уже очень горячее направление исследований в физике — «топологические изоляторы» — открывает новые захватывающие перспективы для развития электронных технологий [4-6]. В последнее время полупроводниковое соединение Ы2Те3 широко используется при создании топологических изоляторов [7].
Целью исследования системы является определение характера взаимодействия компонентов и построение фазовой диаграммы системы.
Сплавы системы были синтезированы из лигатуры Ы2Те3 и особо чистых элементов неодима (металлический - марки м - ОН) и теллура - (марки В-4) в соотношение 2: 3(№2Те3) в эвакуированных (~0,1Ра) кварцевых ампулах при температуре 900 -1200К в течение 5-6 ч. Для приведения сплавов в состояние, максимально близкое к равновесному, их подвергали отжигу при 660 К в течение 450 ч. После термической обработки все сплавы исследованы методами физико-химических анализов.
Исходные соединения системы ВЬТе3 и №2Те3 плавятся конгруэнтно при 858 и 1933К соответственно. Оба соединения имеют полупроводниковый характер проводимости [1-4].
Таблица
Результаты ДТА и микротвердости системы Bi2Te3 - Nd2Te3
Образцы № Состав Термические эффекты Т, К Микротвердость, МПа
Bi2Te3 Nd2Te3 Bi2Te3 P=0,1H NdBiTe3 P=0,2H Nd2Te3 P=0,2H
1 100 0 858 930 - -
2 99 1 850 960 - -
3 98 2 820;870 970 - -
4 97 3 723;850 1000 - -
5 95 5 723;850 1010 - -
6 90 10 723; 740 1010 - -
7 80 20 723 ев тек тика
8 75 25 723;730 - - -
9 70 30 723;795 - 1400 -
10 60 40 723;873 - 1400 -
11 50 50 873;1150 - 1400 -
12 40 60 873;1225;1300 - 1400 -
13 30 70 873;1225; 1400 - 1400 3300
14 20 80 873;1225; 1000 - - 3300
15 10 90 873;1225;1750 - - 3300
16 0 100 1923
ДТА сплавов проводили на металлическом термографе "ТЕРМОСКАН-2". Эталоном служила прокаленная АЪО3. На основании ДТА утверждалось, что все эффекты, зарегистрированные на кривых нагревания, являются эндотермическими. Количество эффектов указывает на сложность взаимодействия между компонентами.
Результаты ДТА представлены в таблице.
По совокупности данных построена фазовая диаграмма (рис). Как видно из рисунка, система квазибинарная, относится к эвтектическому типу с ограниченной растворимостъю. Эвтектика содержит 20 мол% №2Те3 и кристаллизуется при 723К по реакции:
mol%
Ж +*a + NdBiTe3 §3kil. Фазовая диаграмма системы Bi2Te3 - Nd2Te3
Растворимость на основе Bi2Te3 составляет примерно 4 мол. % Nd2Te3 при комнатной температуре. При 1303 К в Nd2Te3 происходит фазовый переход р ^ у .
В системе в соотношении компонентов 1:1 образуется инконгруэнтно плавящееся тройное соединение NdBiTe3, по реакции:
Ж + Nd2Te3 ^ NdBiTe3(873 K)
Микроструктура и микротвердость проводили на микротвердомере ПМТ-3.
Изучение микроструктуры показало, что сплавы, содержащие до 4 мол. % Nd2Te3, являются однофазными, а остальные - двухфазными. Это тоже указывает наличие растворимости на основе Bi2Te3.
Микротвердость измерили при нагрузках 0,1 н для твердых растворов на основе Bi2Te3 и 0,2 н для двухфазных сплавов. В качестве травителя использовали разбавленную (1:3) хромовую смесь.
Микротвердость Bi2Te3 составляет 930МРа [8]. С растворением Nd2Te3 микротвердость увеличивается от 930 МПа (для чистого Bi2Te3) до 1010 МПа (для сплава с содержанием 4 мол% Nd2Te3). Микротвердость соединения NdBiTe3 составляет 1400, а для Nd2Te3 3300 МПа соответственно.
Рентгенофазовый анализ осуществляли на ди-фрактометре "Bruker D8 ADVANCE" при Cu Ka-излучении.
Результаты РФА показывают, что рентгеновские линии образца, содержащего 50 мол % Bi2Te3
значительно отличаются от линий исходных компонентов, что указывает на новую фазу в системе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Полупроводниковые халькогениды и сплавы на их основе. - М: Наука, 1975, 220с.
2. Ярембаш Е.И., Елисеев А.А. Халькогениды редкоземельных элементов. М.: Наука, 1967, 182 с
3. B. Yan, H.J. Zhang, C. X. Liu, X. L. Qi, T. Frauenheim, S. C. Zhang. Phys. Rev. B 82, 161 108 (2010).
4. Y.L. Chen, J.G. Analytis, J.H. Chu, Z.K. Liu, S.K. Mo, X.L. Qi, H.J. Zhang, D.H. Lu, X. Dai, Z. Fang, S.C. Zhang, I.R. Fisher, Z. Hussain, Z.X. Shen. Science 325, 178 (2009).
5. D. Hsieh, Y. Xia, D. Qian, L. Wray, F. Meier, J.H. Dil, J. Osterwalder, L. Patthey, A.V. Fedorov, H. Lin, A. Bansil, D. Grauer, Y.S. Hor, R.J. Cava, M.Z. Hasan. Phys. Rev. Lett. 103, 146 401 (2009).
6. Y. Xia, D. Qian, D. Hsieh, L. Wray, A. Pal, H. Lin, A. Bansil, D. Grauer, Y.S. Hor, R.J. Cava, M. Z. Hasan. Nature Phys. 5, 398 (2009).
7. Д. Ю. Подорожкин , Е.В. Чарная, А. Антоненко, Р. Мухамадьяров, В.В. Марченков, С.В. Наумов, J.C.A. Huang, H.W.Weber, А.С. Бугаев. Исследование топологического изолятора Bi2Te3 методом ЯМР. Физика твердого тела, 2015, том 57, вып. 9 c.1698-1702
8. Гольцман Б. М., Кудинов В. А., Смирнов И. А. Полупроводниковые термоэлектрические материалы на основе Bi2Te3 . М., Наука, 1972, 320 с.
