Научная статья на тему 'СИНТЕЗ И СВОЙСТВА СИНТЕТИЧЕСКОГО АЙКИНИТА PBCUBIS3'

СИНТЕЗ И СВОЙСТВА СИНТЕТИЧЕСКОГО АЙКИНИТА PBCUBIS3 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
61
25
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АЙКИНИТ / ФАЗА ПЕРЕМЕННОГО СОСТАВА / МОНОКРИСТАЛЛ / СТРУКТУРА / ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ / ШИРИНА ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЫ / AIKINITE / COMPOUND / SINGLE CRYSTAL / STRUCTURE / THERMODYNAMIC FUNCTION / BAND GAP ENERGY

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Алиев Озбек Мисирхан, Байрамова Сабина Телман, Аждарова Дилъбар Самед, Мамедов Шарафат Гаджиага, Рагимова Валидамурад

Целью данной работы является синтез и исследование свойств синтетического айкинита, PbCuBiS3. Синтез проводили в откачанных кварцевых ампулах в течение 7-8 ч, максимальная температура составляла 1250-1325 К. Далее образцы охлаждали и выдерживали при 600 К в течение недели. Потом ампулы вскрывали, образцы тщательно перетирали и после плавки отжигали при 600-800 К в зависимости от состава не менее двух недель для приведения образцов в равновесное состояние. Отожженные образцы исследовали методами дифференциально-термического (ДТА), рентгенофазового (РФА), микроструктурного (MCA) анализов, а также измерением микротвердости и определением плотности. РФА проводили на рентгеновском приборе модели Д 2 PHASER с использованием CuKa- излучении Ni-фильтр. Комплексом методов физико-химического анализа изучены разрезы CuBiS2-PbS, Cu2S-PbCuBiS3, Bi2S3-PbCuBiS3, PbBi2S4-PbCuBiS3, PbBi4S7-PbCuBiS3 квазитройной системы Cu2S-Bi2S3-PbS и построены их фазовые диаграммы. Установлено, что кроме сечения PbBi2S4-PbCuBiS3 все разрезы квазибинарные и характеризуются наличием ограниченных областей растворимости на основе исходных компонентов. При изучении разреза CuBiS2 -PbS установлено образование четверного соединения состава PbCuBiS3, встречающееся в природе в виде минерала айкинита, плавящегося конгруэнтно при 980 К. Установлено, что соединение PbCuBiS3 кристаллизуется в ромбической сингонии с параметрами решетки: а = 1.1632, b = 1.166, с = 0.401 нм, прост. группа Pnma, Z = 4. Методами ДТА и РФА установлено, что соединение PbCuBiS3 является фазой переменного состава с областью гомогенности от 45 до 52 мол. % PbS. Соединение PbCuBiS3 является дырочным полупроводником с шириной запрещенной зоны АЕ = 0.84 эВ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SYNTHESIS AND PROPERTIES OF SYNTHETIC AIKINITE PBCUBIS3

The goal of this study was the synthesis and study of the properties of synthetic aikinite, PbCuBiS3. The synthesis was carried out in evacuated quartz ampoules for 7-8 h; the maximum temperature was 1250-1325 K. Next, the samples were cooled and kept at 600 K for a week. Then the ampoules were opened, the samples were carefully ground, and after melting, annealed at 600-800 K, depending on the composition, for at least two weeks to bring the samples into equilibrium. The annealed samples were studied by differential thermal (DTA), X-ray diffraction (XRD), microstructural (MSA) analyses, as well as microhardness measurements and density determination. XRD was performed using D 2 PHASER with CuK radiation and a Ni filter. CuBiS2-PbS, Cu2S-PbCuBiS3, Bi2S3-PbCuBiS3, PbBi2S4-PbCuBiS3, PbBi4S7-PbCuBiS3 sections of quasi-triple system Cu2S-Bi2S3-PbS were studied using the complex of physical and chemical analysis methods and their phase diagrams were plotted. It was found that in addition to the PbBi2S4-PbCuBiS3 section, all sections are quasi-binary and they were characterized by the presence of limited solubility regions based on the initial components. The study of the CuBiS2-PbS section revealed the formation of a quaternary compound PbCuBiS3 occurring in nature as the mineral aikinite, congruently melting at 980 K. We established that PbCuBiS3 crystallizes in a rhombic syngony with lattice parameters a = 1.1632, b = 1.166, c = 0.401 nm, Pnma space group, Z = 4. Using DTA and XRD methods we established that PbCuBiS3 compound is a phase of variable composition with a homogeneity range from 45 to 52 mol%/PbS. The PbCuBiS3 compound is a p-type semiconductor with a band gap energy of AE = 0.84 eV.

Текст научной работы на тему «СИНТЕЗ И СВОЙСТВА СИНТЕТИЧЕСКОГО АЙКИНИТА PBCUBIS3»

Конденсированные среды и межфазные границы

Оригинальные статьи

DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2020.22/2821 ISSN 1606-867Х

Поступила в редакцию 12.03.2020 elSSN 2687-0711

Принята к публикации 15.05.2020 Опубликована онлайн 25.06.2020

УДК 546.815.56:546.87.22

Синтез и свойства синтетического айкинита PbCuBiS3

© 2020 О. М. Алиев®, С. Т. Байрамоваь, Д. С. Аждаровая, Ш. Г. Мамедовяи, В. М. Рагимовая, Т. Ф. Максудова®

"Институт катализа и неорганический химиии им. М. Нагиева HAH Азербайджана,

пр. Г. Джавида, 113, Баку Az1143, Азербайджан

ьБакинский Европейский Лицей,

ул. Ростраповичей, 37, AZ1001, Баку, Азербайджан

Аннотация

Целью данной работы является синтез и исследование свойств синтетического айкинита, PbCuBiS3. Синтез проводили в откачанных кварцевых ампулах в течение 7-8 ч, максимальная температура составляла 1250-1325 К. Далее образцы охлаждали и выдерживали при 600 К в течение недели. Потом ампулы вскрывали, образцы тщательно перетирали и после плавки отжигали при 600-800 К в зависимости от состава не менее двух недель для приведения образцов в равновесное состояние. Отожженные образцы исследовали методами дифференциально-термического (ДТА), рентгенофазового (РФА), микроструктурного (МСА) анализов, а также измерением микротвердости и определением плотности. РФА проводили на рентгеновском приборе модели Д 2 PHASER с использованием CuK"a- излучении Ni-фильтр.

Комплексом методов физико-химического анализа изучены разрезы CuBiS2-PbS, Cu2S-PbCuBiS3, Bi2S3-PbCuBiS3, PbBi2S4-PbCuBiS3, PbBi4S7-PbCuBiS3 квазитройной системы Cu2S-Bi2S3-PbS и построены их фазовые диаграммы. Установлено, что кроме сечения PbBi2S4-PbCuBiS3 все разрезы квазибинарные и характеризуются наличием ограниченных областей растворимости на основе исходных компонентов.

При изучении разреза CuBiS2 -PbS установлено образование четверного соединения состава PbCuBiS3, встречающееся в природе в виде минерала айкинита, плавящегося конгруэнтно при 980 К. Установлено, что соединение PbCuBiS3 кристаллизуется в ромбической сингонии с параметрами решетки: а = 1.1632, b = 1.166, с = 0.401 нм, прост. группа Pnma, Z = 4. Методами ДТА и РФА установлено, что соединение PbCuBiS3 является фазой переменного состава с областью гомогенности от 45 до 52 мол. % PbS. Соединение PbCuBiS3 является дырочным полупроводником с шириной запрещенной зоны АЕ = 0.84 эВ.

Ключевые слова: айкинит, фаза переменного состава, монокристалл, структура, термодинамическая функция, ширина запрещенной зоны.

Для цитирования: Алиев О. М., Байрамова С. Т., Аждарова Д. С., Мамедов Ш. Г., Рагимова В. М., Максудова Т. Ф. Синтез и свойства синтетического айкинита PbCuBiS3 Конденсированные среды и межфазные границы. 2020;22(2): 182-189. DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2020.22/2821

1. Введение В настоящее время одним из самых перспек-

Минералы обладают специфическими по- тивных материалов современной электроники

лупроводниковыми, оптическими и электрооп- являются халькогенидные фазы типа.А.^. Физи-

тическими свойствами, дающими возможность ко-химические и электрофизические параметры

использовать их в специальных устройствах в этих материалов легко управляемы и имеют ши-

качестве полупроводников. Все это определяет рокий спектр действия. Халькогениды типа А2В3

большое внимание к синтезу айкинита и выра- (А = Sb, Ш; В = S, Se, Te) обладают термоэлектри-

щиванию их монокристаллов. ческими и фотоэлектрическими свойствами. Эти

--особенности данных материалов создают благо-

Мамедов Шарафат Гаджиага, e-mail: azxim@mail.ru

© Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

приятные условия для широкого их применения в электронной промышленности [1-7]

Соединение РЪСиБ183 встречается в природе в виде минерала и кристаллизуется в ромбической сингонии с периодом решетки: а = 1.1632, Ь = 1.166, с = 0.401 нм, прост. группа Рпта, 2 = 4 [8-18]. Структура сходна со структурой антимонита К2СиС12 и др. [3] и аналогична структуре бурнонита РЪСи8Ъ83 и зелигманнита РЪСиЛз83. Точное распределение атомов РЪ и Б1 в кристаллической решетке не выяснено. По сравнению с Б12Б3 в айкините замена Б1+3 на РЪ+2 компенсируется вхождением одного иона Си+ настолько малого по размерам, что он занимает незаполненные промежутки решетки, не искажая ее.

Атомы свинца в структуре айкинита окружены пятью атомами серы с расстояниями от 0.284 до 0.298 нм и еще двумя атомами серы, отстоящими на 0.324 нм, причем получается координация, близкая к октаэдрической, рис. 1.

Широкие экспериментальные исследования по изучению природных минералов показали, что все рассматриваемые соединения упорядочены, составы их ограничены определенной стехиометрией и весьма узкими областями твердых растворов, как это и предполагалось ранее в [19]. По имеющимся данным структура всех этих минералов является производной от структуры висмутина, получающаяся заменой в последнем Б1 на РЪ с одновременным добавлением атомов Си в вакантные тетраэдрические позиции Си + РЪ + Б1 [8,9]. В структурах этих минералов имеются ленты трех типов [9], комбинированием которых можно прийти к мотивам всех минералов данного ряда: висмутиновая Б^, крупкаитовая СиРЪБ^ и айкинитовая.

Следует отметить, что хотя соотношение между сульфидами металлов Си28:РЪ8 в ряду ай-кинит - висмутин постоянно и равно 1:2, в се-ленсодержащем минерале аналогичного состава Си2РЪ3Б18(8, 8е)16 оно составляет 1:3, что проявляется также в несколько измененном расположении атомов. Основу структурного мотива составляют зигзагообразные ленты из соединенных по ребрам РЪ- и Б1-октаэдров, сцепленных между собой парами других октаэдров также с реберной связью. В пустотах этой структуры располагаются дополнительные атомы РЪ и Б1 в семерной координации. Окружение атомов Си является промежуточным между тетраэдрическим и плоскотреугольным, расстояния Си-8 составляют 232 нм (38) и 252 нм (18) [13, 17].

Ранее нами [20, 25] были синтезированы и изучены физико-химические и физические

Рис. 1. Кристаллическая структура минерала айкинита РЪСиБ1Б3 [1]

свойства сложных сульфосолей на базе минерала бурнонита РЪСи8Ъ83.

Цель настоящей работы - синтез и изучение свойств синтетического айкинита РЪСиБ183.

2. Экспериментальная часть

Четверная сульфосоль РЪСиБ183 была обнаружена при изучении разреза СиБ182-РЪ8 квазитройной системы Си28-Б1283-РЪ8. Квазитройная система кроме СиБ182-РЪ8 изучена нами по раз -резам Си3Б183-РЪСиБ183, СиБ1385-РЪСиБ183, Си28-РЪСиБ183, РЪБ1284-РЪСиБ183, РЪБ1487-РЪСиБ183 и Б1283-РЪСиБ183. Положение коннод в системе Си^-Б^-РЪ^ показано на рис. 2.

Четверные сплавы для исследования получали вакуумно-термическим методом из исходных лигатур (СиБ182, РЪ8, СиБ^ и др.), предварительно синтезированных из особо чистых элементов (Си - 99.997 %, РЪ - 99.994 мае. %, Б1 - 99.999 мае. %, 8 - 99.9999 мае. %). Максимальная температура составляла 1250-1325 К. Синтез проводили в откачанных кварцевых ампулах в течение 7-8 ч, далее образцы охлаждали и выдерживали при 600 К в течение недели [26]. Потом ампулы вскрывали, образцы тщательно перетирали, и после плавки отжигали при 600-800 К в зависимости от состава не менее двух недель для приведения образцов в равновесное состояние, табл. 1.

Отожженные образцы исследовали методами физико-химического анализа: термический анализ проводили на пирометре Курнакова НТР-73 (скорость нагрева 10 °/мин, эталон Л1203, термопара - хромель алюмелевая); рентгенограммы снимали на рентгендифрактометре Б-2 РИ^ЕМЕК фирмы Брюкер (СиКа-излучение, №-фильтр); микротвердость образцов измеря-

Рис. 2. Положение коннод в системе РЬ8-Си28-Б1283. Составы синтезированных образцов обозначены черными точками

Таблица 1. Результаты физико-химического анализа сплавов системы Си8Ь82-РЬ8

Состав, Тепловые эффекты, К Микротвердость Плотность, г/см3 Фазовый

мол. % РЬ8 Солидуса Ликвидуса (х -107 Па) состав

0,0 - 780 2200 7.40 СиБ182 (однофазный)

5,0 715 765 2250 7.38 а

10 650 730 2300 7.32 а+р

15 650 690 2300 7.30 а+р

20 650 700 эвтектика 7.28 а+р

25 650 765 - 7.28 а+р

30 650 830 1980 7.26 а+р

40 650 925 1980 7.24 а+р

45 - 970 1970 7.22 р

50 - 980 1980 7.20 р

52 - 970 1990 - р

55 815 930 1990 - р + РЬ8

60 810 865 - 7.12 р+ РЬ8

65 815 - эвтектика 7.06 р+ РЬ8

70 815 920 720 6.90 р+ РЬ8

80 815 1070 720 6.82 р+ РЬ8

90 815 1240 720 6.70 р+ РЬ8

100 - 1400 720 6.11 РЬ8 (однофазный)

ли на микротвердомере ПМТ-3 (оптимальная 3. Результаты и обсуждение

нагрузка 0.02 кг), микроструктуру сплавов изу- Остановимся более подробно на системе

чали на микроскопе МИМ-7, плотность опреде- Си8Ь82-РЬ8, в которой и обнаружена сульфо-

ляли пикнометрическим методом. соль рЬэСиБ18 .

Как видно из табл. 1, значение микротвердости, относящееся к четверному соединению РЬ-СиВ183, с обеих сторон от 50 мол. % РЬ8 увеличивается, а при стехиометрическом составе уменьшается. Это показывает, что на основе соединения РЬСиВ183 существует область гомогенности. По результатам РФА и микроструктурного анализа установлено, что РЬСиВ183 является фазой переменного состава, растворимость при эвтектической температуре (650 К) составляет 10 мол. %, тогда как при понижении температуры резко сужается, не превышая 7 мол. % РЬ8 при 300 К.

Анализ МСА показал, что за исключением составов 0-7 и 45-52 мол. % РЬ8, все сплавы двухфазные.

По данным физико-химического анализа построена диаграмма состояния системы СиЫ82-РЬ8, представленная на рис. 3. Как видно из рисунка, система характеризуется наличием сульфосоли РЬСиЫ83, плавящейся при 980 К конгруэнтно. Координаты эвтектических точек: 20 мол. % РЬ8 650 К, и 65 мол. % РЬ8 815 К. РФА показал, что в области концентраций 07 мол. % РЬ8 на дифрактограммах наблюдаются только рефлексы, относящиеся к СиЫ82. Эти растворы кристаллизуются в ромбической син-гонии, и с увеличением концентрации РЬ8 параметры решетки увеличиваются (а = 0.614^0.620, Ь = 0.391^0.395, с = 1.493^1.502 нм, прост. группа Рпта, 2 = 4).

В интервале концентрации 7^45 мол. % РЬ8 совместно кристаллизуются а-твердые растворы на основе СиВ182 и р-твердые растворы на основе четверной сульфосоли РЬСиВ183, а в области концентрации 52^100 мол. % РЬ8 совместно кристаллизуются две фазы (р+РЬ8). Состав 50 мол. % РЬ8 по значениям межплоскостных расстояний и по интенсивности отличается от исходных сульфидов. Расчет рентгенограмм четверного соединения РЬСиВ183, а также рентгенограмм исходных сульфидов для сравнения приведен в табл. 2.

Анализ рентгенограмм подтверждает образование в системе СиВ182- РЬ8 четверной сульфосоли РЬСиВ183, встречающейся в природе в виде минерала айкинита. Установлено, что суль-фосоль кристаллизуется в ромбической син-гонии с параметрами элементарной ячейки а = 1.1632, Ь = 1.166, с = 0.4017 нм, прост. группа Рпта, 2 = 4.

Разрез В1283 - РЬСиВ183 относится к эвтектическому типу. Состав эвтектической точки, определенной построением треугольника Тамма-на, составляет 50 мол. % В1283 при 800 К. Раство-

40 60

мол.%

Рис. 3. Фазовая диаграмма системы CuBiS2-PbS

римость на основе Bi2S3 составляет 5 мол. %, а на основе PbCuBiS3 - 7 мол. %, рис. 4а.

Разрез Cu2S - PbCuBiS3 также квазибинарный и относится к эвтектическому типу с ограниченной растворимостью на основе исходных сульфидов, рис. 46. Заключение об образовании твердых растворов на основе a-, р- и g-Cu2S сделано по результатам методов ДТА и МСА. На термограммах образцов, содержащих 7 и 8 мол. % PbCuBiS3, присутствуют тепловые эффекты ниже температуры солидуса, что связано с образованием и распадом твердого раствора на основе g-Cu2S. Это подтверждается и данными МСА. В образцах, содержащих от 2 до 5.5 мол. % PbCuBiS3, вторая фаза присутствует в виде игольчатых внедрений, а эвтектика отсутствует. В системе Cu2S-PbCuBiS3 в интервале концентраций 2.090 мол. % PbCuBiS3 в конденсированном состоянии в равновесии находятся две фазы: a-твер-дый раствор на основе Cu2S и р-твердый раствор на основе PbCuBiS3, которые хорошо различимы по МСА и образуют между собой эвтектику состава 40 мол. % Cu2S и Т = 850 К. Эвтектика в указанном интервале концентраций присутствует на шлифах всех образцов разреза и представлена чередованием игольчатых кристаллов фазы PbCuBiS3 и овальных кристаллов Cu2S. На основе a- Cu2S образуется ограниченный раствор, который при 300 К достигает 2 мол. % PbCuBiS3.

Фазовые переходы a-Cu2S ^ p-Cu2S ^ g-Cu2S имеют эвтектодный характер и происходят при

Таблица 2. Межплоскостные расстояния и интенсивности линий СиБ182, РЬСиБ183 и РЬ8 для сравнения

СиБ182 РЬСиБ183 РЬ8

й , А эксп.' 1/10 й , А эксп.' 1/10 Нк1 й , А эксп.' 1/10

4.700 8 4.070 4 220 3.790 2

3.200 10 3.770 1 011 3.442 9

3.100 8 3.670 10 130 3.283 3

3.020 10 3.580 7 111,310 2.965 10

2.810 2 3.180 9 121 2.311 2

2.340 9 2.880 8 040, 221 2.693 10

2.290 4 2.740 2 410 1.780 9

2.160 9 2.680 3 131,330 1.707 8

1.960 5 2.620 6 311 1.480 5

1.880 7 2.580 1 240 1.359 6

1.800 8 2.560 1 420 1.324 10

1.780 3 2.510 3 231 1.209 8

1.755 3 2.570 2 150 1.141 7

1.655 8 2.170 3 241 1.048 3

1.560 5 2.150 3 250,421

1.475 2 2.020 5 440, 051

1.450 4 1.984 4 431,151

1.365 3 1.974 3 530,112

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1.320 4 1.883 1 202, 600

1.260 2 1.805 4 441

1.125 5 1.766 1 351,133

1.208 5 1.648 4 042, 170

1.190 5 1.593 4 270

1.168 7 1.514 1 370

1.112 3 1.475 2 171

1.100 3 1.406 4 740

1.380 2 561

1.354 2 612

1.330 3 003

1.278 2 661

1.158 1 770

375 и 580 К соответственно. Тепловые эффекты, относящиеся к р-Си28 ^ у-Си28, зафиксированы только для сплавов, содержащих 10^20 мол. % РЬСиБ183, поэтому этот переход на рис. 46 отмечен пунктиром.

Разрез РЬБ1284 - РЬСиБ183 является частично квазибинарным, что связано с инконгруэнтным характером плавления сульфида РЬБ1284. Растворимость на основе сульфосоли РЬСиБ183 составляет 8 мол. % при 300 К, а при температуре эвтектики - 15 мол. %. Координаты эвтектической точки, 40 мол. % РЬСиБ183 и Т = 825 К.

Разрез РЬБ1487 - РЬСиБ183 квазибинарный и относится к эвтектическому типу с ограниченными твердыми растворами. Эвтектика отве-

чает 55 мол. % РЬБ1487 и 800 К. Растворимость РЬСиБ183 в РЬБ1487 при эвтектической температуре - 10 мол. %, при 300 К понижается до 5 мол. % РЬСиБ183 (а-тв. р-р), а растворимость РЬБ1487 в четверном сульфиде составляет 18 мол. % при эвтектической температуре и понижается до 10 мол. % РЬБ1487 при 300 К (р-тв. р-р).

Монокристаллы РЬСиБ183 были получены путем направленной кристаллизации стехиомет-рического расплава в вертикальных кварцевых ампулах. Ампула, имеющая конусообразное дно, помещалась в печь с небольшим температурным градиентом по высоте. После образования расплава проводилось направленное охлаждение со скоростью 4 °/час в течение 48 часов до

Т,К 1200

1000

800

600

400

Т,К

а

ж+Р

а+р

1400' 1200 б

1000 - \ ж+у 7 Г Л.

800 600 850 ** 580 1 а

400 Л ✓срф 375

г: а+а'

В128з 20 40 60 80 РЬСиШЗз

Си^ 20 40 60 80 РЬСиВйз

Рис. 4. Фазовые диаграммы систем Б1283-РЬСиБ183 (а), Си28-РЬСиБ183 (б)

тех пор, пока не затвердевал весь расплав, затем печь охлаждалась со скоростью 60 °/час. Таким образом, были получены поликристаллические слитки с большим количеством трещин - однако из них удавалось вырезать монокристаллические участки длиной 1 мм, свободные от видимых дефектов, рис. 5.

Значительно крупнее монокристаллы соединения РЬСиБ183 были получены аналогичным образом в кварцевых ампулах диаметром 5 мм. Монокристаллы достигали в длину 8-12 мм при диаметре 5 мм. Следует отметить одну особенность соединения РЬСиБ183: направленная кристаллизация стехиометрического состава без специальных добавок всегда давала слитки, большей частью обладающие дырочной проводимостью. Вполне возможно, что это результат отклонения от стехиометрии вследствие объединения летучих компонентов (серы и висмута). Слиток всегда содержит избыток меди, который в значительных количествах растворяется в соединении и обеспечивает р-тип проводимости. Поэтому любое легирование соединения

РЬСиБ183 (получены кристаллы РЬСиБ183, легированные эрбием) при выращивании кристаллов путем направленного охлаждения будет происходить на фоне этого явления.

Вычислены стандартные термодинамические функции соединения РЬСиБ183: 5°298 = 253.1±5 Дж/(моль.%), А5°298 = -14.1±3 Дж/моль, Л#°298 = -270.2±10 к Дж/моль и ЛЦ98 = -266.3±10 кДж/моль.

Исследованы спектры фотопроводимости кристаллов как чистого РЬСиБ183 так и легированного эрбием, выращенных методом направленной кристаллизации из расплава. Спектральные зависимости указанных сульфосолей показаны на рис. 6. Как видно, кристаллы, выращенные методом направленной кристаллизации, имеют примерно одинаковую фоточувствительность, которая при 293 К составляет /св//т = 103 при освещении собственным естественным све-

Рис. 5. Монокристаллы соединения РЬСиБ183

Рис. 6. Спектральная зависимость фотопроводимости РЬСиБ183 (1) и РЬСиБ183-Бг (2) выращенные по методу направленной кристаллизации

том, а при понижении температуры она растет и достигает 105 при 100 К. В кристаллах обоих типов наблюдаются полосы мелких уровней -ловушек с энергией активации 0.25-0.35 эВ, а также уровней ловушек с энергией активации АЕ = 0.50-0.60 эВ. Ширина запрещенной зоны, вычисленная из фотопроводимости, составляет АЕ = 0.84-0.91 эВ.

Таким образом, при изучения квазитройной системы Cu2S-Bi2S3-PbS по разрезам CuBiS2-PbS, Cu2S-PbCuBiS3, PbBi2S4-PbCuBiS3, PbBi4S7-PbCuBiS3 и Bi2S3-PbCuBiS3 установлен характер образования сульфосоли PbCuBiS3. Выращены монокристаллы синтетического айкинита PbCuBiS3 и изучены некоторые его свойства.

4. Выводы

1. Комплексом методов физико-химического анализа изучены разрезы CuBiS2-PbS, Cu2S-PbCuBiS3, Bi2S3-PbCuBiS3, PbBi2S4-PbCuB2S3, PbBi4S7-PbCuBiS3 квазитройной системы Cu2S-Bi2S3-PbS и построены их фазовые диаграммы. Установлено, что кроме сечения PbBi2S4-PbCuBiS3 все разрезы квазибинарные и характеризуются наличием ограниченных областей растворимости на основе исходных компонентов.

2. При изучении разреза CuBiS2-PbS установлено образование четверного соединения состава PbCuBiS3, встречающееся в природе в виде минерала айкинита, плавящегося конгруэнтно при 980 К. Установлено, что соединение PbCuBiS3 кристаллизуется в ромбической синго-нии с параметрами решетки а = 1.1632, b = 1.166, с = 0.401 нм, прост. группа Pnma, Z = 4.

3. Методом направленной кристаллизации выращены монокристаллы PbCuBiS3, изучена спектральная зависимость фотопроводимости. Установлено, что соединение PbCuBiS3 обладает фоточувствительностью в видимой области спектра.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет известных финансовых конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в этой статье.

Список литературы

1. Zhang Y-X., Ge Z-H., Feng J. Enhanced thermoelectric properties of Cu18S via introducing Bi2S3 and Bi2S3/Bi core-shell nanorods. Journal of Alloys and Compounds. 2017;727: 1076-1082. DOI: https://doi. org/10.1016/j.jallcom.2017.08.224

2. Mahuli N., Saha D., Sarkar S. K. Atomic layer deposition of p-type Bi2S3. Journal of Physical Chemist-

ry C. 2017;121(14): 8136-8144. DOI: https://doi. org/10.1021/acs.jpcc.6b12629

3. Ge Z-H, Oin P., He D, Chong X., Feng D., Ji Y-H., Feng J., He J. Highly enhanced thermoelectric properties of Bi/Bi2S3 nano composites. ACS Applied Materials & Interfaces. 2017;9(5): 4828-4834. DOI: https://doi. org/10.1021/acsami.6b14803

4. Savory C. N., Ganose A. M., Scanlon D. O. Exploring the PbS-Bi2S3 series for next generation energy conversion materials. Chemistry of Materials. 2017;29(12): 5156-5167. DOI: https://doi.org/10.1021/ acs.chemmater.7b00628

5. Li X., Wu Y, Ying H., Xu M., Jin C., He Z., Zhang O., Su W., Zhao S. In situ physical examination of Bi2S3 nanowires with a microscope. Journal of Alloys and Compounds. 2019;798: 628-634. DOI: https://doi. org/10.1016/j.jallcom.2019.05.319

6. Patila S. A., Hwanga Y-T., Jadhavc V. V., Kimc K. H., Kim H-S. Solution processed growth and photoelectrochemistry of Bi2S3 nanorods thin film. Journal of Photochemistry & Photobiology, A: Chemistry. 2017;332: 174-181. DOI: https://doi.org/10.1016/)'. jphotochem.2016.07.037

7. Yang M., Luo Y. Z., Zeng M. G., Shen L., Lu Y. H., Zhou J., Wang S. J., Souf I. K., Feng Y. P. Pressure induced topological phase transition in layered Bi2S3. Physical Chemistry Chemical Physics. 2017;19(43): 29372-29380. DOI: https://doi.org/10.1039/ C7CP04583B

8. Kohatsu I., Wuensch B. J. The crystal structure of aikinite, PbCuBiS3. Acta Crystallogr. 1971;27(6): 1245-1252. DOI: https://doi.org/10.1107/ s0567740871003819

9. Ohmasa M., Nowacki W. A redetermination on the crystal structure of aikinite (BiS2/S/S/CuIVPbVII). Z. Krystallogr. 1970;132(1-6): 71-86. DOI: https://doi. org/10.1524/zkri.1970.132.1-6.71

10. Strobel S., Sohleid T. Three structures for strontium copper (I) lanthanidis (III) selinides SrCuMeSe3 (M = La, Gd, Lu). J. Alloys and Compounds. 2006;418(1-2): 80-85. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.jallcom.2005.09.090

11. Сикерина H. В., Андреев О. В. Кристаллическая структура соединений SrLnCuS3(Ln = Gd, Lu). Журн. неорган. химии. 2007;52(4): 641-644. Режим доступа: https ://www.elibrary.ru/item. asp?id=9594111

12. Edenharter A., Nowacki W., Takeuchi Y. Verfeinerung der kristallstructur von Bournonit [(SbS3)j/ Cu2VPbVIIPbVIII ] und von seligmannit [(AsS3)2/ Cu^Pb^Pb™]. Z. Kristallogr. 1970;131(1): 397-417. DOI: https://doi.org/10.1524/zkri.1970.131.1-6.397

13. Каплунник Л. H. Кристаллические структуры минералов великита, акташита, швацита, теннан-тита, галхаита, линдстремита-крупкаита и синтетической Pb, Sn сульфосоли. Автореф. дисс.... канд. геол.-минер. наук. М.: Изд-во Моск. ун-та; 1978. 25 с.

Режим доступа: https://search.rsl.ru/ru/re-cord/01007805415

14. Гасымов В. А., Мамедов X. С. О кристаллохимии промежуточных фаз системы висмутин-айкинит (Bi2S3-CuPbBiS3). Азерб. хим. журн.1976;(1): 121-125. Режимдоступа: https://cyberleninka.ru/ar-ticle/n/fazovye-ravnovesiya-v-sisteme-pbla2s4-pb-bi2s4

15. Christuk A. E., Wu P., Ibers J. A. New quaternary chalcogenides BaLnMO3 (Ln - Rare Earth; M = Cu, Ag; O = S, Se). J. Solid State Chem. 1994;110(2): 330-336. DOI: https://doi.org/10.1006/jssc.1994.1176

16. Wu P., Ibers J. A. Synthesis of the new quaternary sulfides K2Y4Sn2S11 and BaLnAgS3 (Ln = Er, Y, Gd) and the Structures of K2Y4Sn2Sn and BaErAgS3. J. Solid State Chem. 1994;110(1): 15(3-161. DOI: https:// doi.org/10.1006/jssc.1994.1150

17. Победимская E. А., Каплунник Л. H., Петрова П. В. Кристаллохимия сульфидов. Итоги науки и техники. Серия кристаллохимия. М.: Изд-во АН СССР. 1983; 17: 164 с.

18. Gulay L. D., Shemet V. Ya., Olekseyuk I. D. Investigation of the R2S3-Cu2S-PbS (R = Y, Dy, Ho and Er) systems. J. Alloys and Compounds. 2007;43(1-2): 77-84. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jall-com.2006.05.029

19. Костов П., Миначева-Стефанова П. Сульфидные минералы. М.: Мир; 1984. 281с.

20. Алиева Р. А., Байрмаова С. Т., Алиев О. М. Диаграмма состояния систем CuSbS2-PbS (M = Pb, Eu, Yb). Неорган. материалы. 2010;46(7): 703-706. DOI: https://doi.org/10.1134/s0020168510070022

21. Байрамова С. Т., Багиева М. Р., Алиев О. М., Рагимова В. М. Синтез и свойства структурных аналогов минерала бурнонита. Неорган. материалы. 2011;47(4): 345-348. DOI: https://doi.org/10.1134/ S0020168511040054

22. Байрамова С. Т., Багиева М. Р., Алиев О. М. Взаимодействие в системах CuAsS2-PbS. Неорган. материалы. 2011;47(3): 231-234. DOI: https://doi. org/10.1134/S0020168511030046

23. Aliev O. M., Ajdarova D. S., Bayramova S. T., Ragimova V. M. Nonstoichiometry in PbCuSbS3. Azerb. chem. journal. 2016;(2): 51-54. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/nonstoichiometry-in-pbcusbs3-compound

24. Aliev O. M., Ajdarova D. S., Agayeva R. M., Ragimova V. M. Phaseformation in quasiternary system Cu2S-PbS-Sb2S3. Intern Journal of Application and FundamentalResearch. 2016;(12): 1482-1488. Режим доступа: https://applied-research.ru/pdf/2016/2016_ 12_8.pdf

25. Алиев О. М., Аждарова Д. С., Агаева Р. М., Максудова Т. Ф. Фазообразование на разрезах Cu2S(Sb2S3, PbSb2S4, Pb5Sb4Sjj)-PbCuSbS3 квазитройной системы Cu2S-Sb2S3-PbS и физические свойства твердых растворов (Sb2S3)1-x(PbCuSbS3)x. Неорган. материалы. 2018;54(12):1275-1280.D0I: "https:// doi.org/10.1134/S0020168518120014

26. Рзагулуев В. А., Керимли О. Ш., Аждарова Д. С., Мамедов Ш. Г., Алиев О. М. Фазовые равновесия в системах Ag8SnS6-Cu2SnS3 и Ag2SnS3-Cu2Sn4S9. Конденсированные среды и межфазные границы. 2019; 21(4): 544-551. DOI: https://doi. org/10.17308/kcmf.2019.21/2365

Информация об авторах

Алиев Озбек Мисирхан, д. х. н., профессор, Институт Катализа и Неорганической Химии им. Академика М.Ф. Нагиева Национальной АН Азербайджана, Баку, Азербайджан; e-mail: azxim@mail.ru.

Байрамова Сабина Телман, д. фил. по хим., Бакинский Европейский Лицей, Баку, Азербайджан; e-mail: azxim@mail.ru.

Аждарова Дильбар Самед, д. х. н., гл. н. е., Институт Катализа и Неорганической Химии им. Академика М. Ф. Нагиева, Национальной АН Азербайджана, Баку, Азербайджан; e-mail: azxim@mail.ru.

Рагимова ВалидаМурад, д. фил. по хим., доцент, вед. н. е., Институт Катализа и Неорганической Химии им. Академика М. Ф. Нагиева Национальной АН Азербайджана, Баку, Азербайджан; e-mail: azxim@mail.ru.

Мамедов Шарафат Гаджиага, д. фил. по хим., доцент, с. н. е., Институт Катализа и Неорганической Химии им. Академика М. Ф. Нагиева Национальной АН Азербайджана, Баку, Азербайджан; e-mail: azxim@mail.ru. ORCID iD: https//orcid. org/0000-0002-1624-7345.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.