CC BY
2УДК 53:37.016
СИНТЕЗ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МОНОКРИСТАЛЛОВ (SnS)i-x-
(LnS)x
АДГЕЗАЛОВА ХАТЫРЯ АГАКАРИМ КЫЗЫ
доктор философии по физике, доцент кафедры «Общая физика» АГПУ, Баку,
Азербайджан
Аннотация. Полупроводник — материал, который по своей удельной проводимости занимает промежуточное место между проводниками и диэлектриками отличается от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Интерес к полупроводниковому соединению типа А4В6 обусловлен перспективностью использование их в полупроводниковым приборостроение. Так, например, SnS используется в качестве базового материала для создания активных элементов, которые работают в инфракрасной области оптического спектра, в термодинамических преобразователях, поглощающего слоя в тонкопленочных преобразователях солнечной энергии, а также в качестве фотопроводников, полупроводниковых датчиков микро-батарей.
Ключевые слова: гадолиний, синтез, редкоземельные элементы, сера, монокристаллы, олово, неодим, самарий.
Одним из простых и наиболее распространенных методов синтеза полупроводниковых соединений является метод прямого синтеза, то есть химическое взаимодействие исходных компонентов.
Исходными веществами для синтеза SnS и (SnS)1-x-(LnS)x, где Ln=Nd, Sm, Gd служили: сера марки В4 (99,99%), олово марки 0-1, гадолиний марки ГМ-1 (99,76%), неодим марки НМ-2 (99,34%) и самарий марки СМ-2.
Поскольку редкоземельные элементы плавятся при высоких температурах (Gd -Тпл=12500С, Nd - Тпл=8400С, Sm - Тпл=13000С), а давление паров серы при такой температуре довольно высокое (больше 1,5*106), при прямом плавлении существует опасность взрыва ампулы. Поэтому синтез проводили двухтемпературным способом, позволяющим регулировать давление паров серы.
Для синтеза указанных составов были изготовлены ампулы из высококачественного кварца с внутренним диаметром 1,2 см и длиной 10 см. После промывки (в азотной кислоте и дистиллированной воде) и сушки, ампулы заполнялись исходными веществами Sn, S, Nd, Sm, Gd в количествах, необходимых для каждого состава, эвакуировались до давления 10-3 Па, а затем запаивались.
Для достижения идентичности условий синтеза все ампулы с соответствующими составами по очерёдности помещались внутри вертикальной печи, где обеспечивалось равномерное распределение температуры вдоль ампулы. Равномерное распределение и стабильность температуры в области печи, где располагаются ампулы, контролировать с помощь системы термопара-терморегулятор.
Синтез осуществлялся в два этапа: первоначально-ампулы в печи нагревали со скоростью 4-5 град/мин. до температуры плавления легкоплавкого компонента серы (Тпл=1180С) и выдерживали в течение 3-4 часов, после чего температуру повышали выше температуры плавления олова (Тпл=2320С) и выдержали при постоянной температуре 9600С в течении 7-8 часов с механическим вибрированием для гомогенизации расплав моносульфида олова (SnS), а затем ампула с расплавом медленно охлаждалась до комнатной температуры.
Таким же способом синтезировали сплавы (SnS)1-x-(LnS) x, где в зависимости от температуры плавления редкоземельных компонентов изменяли температуру и время гомогенизации соответственно.
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
С целью установления индивидуальности полученных образцов и определения фазовых составов они подвергались комплексному физико-химическому (микроструктурному, дифференциально-термическому и рентгенофазовому) анализу.
Для выявления микроструктуры и установления однофазности синтезированных составов были изговлены образцы из каждого состава БпБ и (8п8)1-х-(Ьп8)х, где Ьп=Ш, Бш, Оё; х=0,001 и 0,002.Поверхности всех образцов после шлифовки и полировки тщательно промывали, обезжиривали этиловым спиртом и высушивали. Состав травителя подбирался экспериментальным путем и состоял из 50% НКОз + 50% Н2О. Фиксирование микроструктуры образцов каждого состава сняли на вертикальном металлографическом микроскопе МИМ-7 при одинаковых увеличениях (х200). Из микрофотографии были хорошо видно однородность образцов всех составов (8п8)1-х-(ЬпБ)х и не отличались от микроструктуры образцов БпБ.
Для определения стабильности и тепловых эффектов фазовых переходов, а также температуры плавления синтезированных образцов БпБ и (8п8)1-х-(Ьп8)х был применен метод ДТА. Установка позволяет автоматически регистрировать тепловые эффекты и температуру фазовых превращений, температуру плавления. Для регистрации температуры была применена хромель-алюмельная термопара. В качестве эталонного вещества использовали отожжённую АЬОз, помещенную в откаченные и эвакуированные кварцевые ампулы. Погрешность термопар, проверяемых на эталонных веществах, не превышала 3К. Скорость нагрева и охлаждения была в пределах 6-9 град/мин.
Методом дифференциально термического анализа при нагревании БпБ и (8п8)1-х-(Ьп8)х обнаружены:
а) помимо тепловых эффектов плавления в БпБ обнаружены тепловой эффект при 875 К, показывающий полиморфные превращения;
б) этот эффект в образцах (8п8)1-х-(Ьп8)х отсутствует, то есть на кривой ДТА присутствует лишь один эндотермический эффект, соответствующий температуре плавления;
в) частична замена атомов Бп на Кё, Бш и Оё приводит к уменьшению температуры плавления моносульфида олова. По-видимому, при замене Бп лантанидами валентные электроны атомов лантаноидов переходят к коллективизированным состояниям, что играет разрыхляющую роль в кристалле.
Методами структурного рентгеноанализа можно определить фазовый состав гетерогенных смесей: на рентгенограмме, снятой с исследуемого поликристаллического вещества, присутствуют линии, характерные для всех фаз, образующих данное вещество.
Для определения фазовых соотношений состава, из слитков каждого синтезированного состава изготовлялись образцы в виде порошков. Порошок каждого состава наполнялся в стеклянный капилляр с внутренним диаметром 0,8 мм и при выдавливании с одного конца проволокой диаметра 0,7 из другого конца капилляра выходит спрессованный порошок в виде проволоки. Из такого образца при одинаковых условиях снимались порошкограммы в камере РДК-57.3 на СиКа (1а = 1,5418 А) излучении.
Дебаеграммы полученные от каждого состава (8пБ)1-х-(Ьп8)х , где Ьп=Ш, Бш, Оё; х=0,001 и 0,002 были повторением дебаеграммы Бп.
Сравнением экспериментальных данных с данными, рассчитанными программой на компьютере, показало, что однородность, выявленная в микроструктуре и ДТА анализом для каждого состава подтверждается так же рентгенофазовым анализом.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. О.М. Гасанов, Х.А. Адгезалова, Дж.И. Гусейнов, А.С. Алекперов Особенности и перспективы слоистого полупроводника GeS с участием редкоземельных элементов Материалы VII Международной научно-практической конференции «Наука и образование в современном мире», 20-22 октября, 2020, Нур-Султан, Казахстан, ст. 111-113.
2. О.М. Гасанов, Х.А. Адгезалова, M.И.Мургузов Кинетические явления в монокристаллах, Akad. M.F.Nagiyevin 95 illik yubileyina hasr olunmu§ elmi konfrans, Baki, сентябрь 2003, ст. 318.
3. О.М. Гасанов, Х.А. Адгезалова, Механизм теплопроводности в сплавах "Fizikanin aktual problemlari" IV Respublika elmi konfrans, Baki, 29-30 июнь 2006, ст. 29.
4. О.М. Гасанов, Х.А.Адгюзалова, М.И.Мургузов, Ш.И.Исмайлов Исследование тепловых свойств сплавов «Metallar fizikasinrn müasir problemlari» Beynalxalq elmi-praktik konfrans materiallan.АМИУ, Баку, 2007, ст.162-164.
5. О.М. Гасанов, М.И.Мургузов, В.И. Насиров Влияние редкоземельных металлов на стабилизацию низкотемпературной фазы Azarbaycan Milli Elmlar Akademiyasinin maruzalari,, Tom LXV, cild №6, 2009, ст.Ш-115.
