CC BY
69
104
AZeRBAYCAN KÍMYA JURNALI № 1 2012
UOT 546.815'23+666' 23
(SnSe)i_x(ErSe)x SISTEMÍNÍN FlZÍKl-KÍMYevl T8DQÍQÍ
A.O.Oliyev1, Í.Í.Oliyev2, F.í.ísmayilov3, F.O.Novruzova2
'Azarbaycan Dovlst Pedaqoji Universiteti 2Azsrbaycan Milli EA M.F.Nagiyev adina Kimya Problemlsri institutu 3Azsrbaycan Milli EA H.B.Abdullayev adina Fizika institutu
aliyevimir@rambler.ru
Redaksiyaya daxil olmu§dur 06.02.2012
Fiziki-kimyavi analiz metodlan - diferensial-termiki, rentqenfaza, mikroqurulu§, elaca da sixligin va mikrobarkliyin olgülmasi vasitasila (SnSe)1-x(ErSe)x sisteminin arintilari tadqiq edilmi§ va onun mik-rodiaqrami qurulmuíjdur. Müayyan edilmi§dir ki, bu sistemda SnSe asasinda otaq temperaturunda 5 mol % ErSe hall olur. (SnSe)1.x(ErSe)x sisteminin arintilarinin mikrobarkliklarinin va sixliqlarinin tarkibdan asililigi oyranilmi§dir. (SnSe)1-x(ErSe)x sisteminin arintilarinin elektrik kegiriciliyinin va termo-e.h.q.-nin temperatur asililigi tadqiq edilmi§dir.
Agar sozlzr: dordlü sistem, kvazibinar, evtektika, solidus, likvidus.
edabiyyatdan malumdur ki, germanium yarimqrupunun elementlari, elaca da qalay xalkogenidlari va onlar asasinda alinan bark mahlullar perspektivli termoelektrik materiallar kimi termoelektrik feviricilarda orta temperatur intervalinda istifada olunurlar [1, 2]. Ona gora da gozlamak olar ki, qalay xalkogenidlarina erbium xalkogendlari daxil etdikda termoelektrik effektivliyi va i§lama temperaturu qalay xalkogenidina nisbatan yüksak olan birfazali arintilar almaq olar. O cümladan SnSe-ErSe sis-teminda SnSe asasinda alinmi§ bark mahlullarin termoelektrik xassalarinin oyranilmasi xüsusi maraq kasb edir. edabiyyatda [3-5] Sn-Er-Se ü?lü sistemindan bir sira kasiklarda kimyavi qar§iliqli tasir oyranilmi§, lakin onlarda alinmi§ yeni fazalarin va bark mahlul arintilarinin fiziki xassalari kifayat qadar tadqiq olunmami§dir.
Hazirki i§in asas maqsadi (SnSe)1-x(ErSe)x sisteminin 0-20 mol % ErSe tarkibli arintilarini sintez etmakla, onun mikrodiaqramini qurmaqdan va onlarin fiziki-kimyavi xassalarini oyranmakdan ibaratdir.
TeCRÜBÍ HÍSS9
(SnSe)1_x(ErSe)x sisteminin arintilarinin sintezi zamani SnSe va ErSe komponentlarindan istifada edilmi§dir. Bunun ü?ün SnSe va ErSe komponentlari havasi 0.1333 MPa tazyiqina kimi sorulmu? kvars ampulada 800-10000C temperatur intervalinda birga aridilmi§dir.
Qeyd edilan sistemin arintilari 5000C temperaturda 240 saat saxlandiqdan sonra fiziki-kimyavi analiz metodlari - diferensial-termiki (DTA), rentqenfaza (RFA), mikroqurulu? (MQA) sixligin va mikrobarkliyin olfülmasi vasitasila tadqiq edilmi§dir.
Diferensial-termiki analiz al^aqtezlikli Kurnakov pirometrinda aparilmi§dir. erintilarin qizma sür-ati 100C/daq olmu§dur. Termocüt kimi xromel-alümel gotürülmü§dür. Analiz temperaturu 800-1000°C olmu§dur.
erintilarin rentgenfaza analizi DRON-3 markali rentgendifraktometrinda hayata ke?irilmi§dir. §üalandirici kimi Cu^-elektrodundan istifada olunmu§dur.
Mikrobarklik PMT-3 markali metalloqrafik mikroskopda ol?ülmü§dür. Olfmalar zamani mikrobarkliyin ?akidan asililigi oyranilmi§dir.
Mikroqurulu? analizi MÍM-8 markali mikroskopda aparilmi§dir. Bunun üfün arintilar cilalanaraq parlaq hala salinmi§ va mikroskopda qurulu§una baxilmi§dir. Faza sarhadlarini aydinla§dirmaq üfün a§ilayici kimi 10 ml qati H2SO4 + 5 r K2Cr2O7 + 40 mj H20 mahlulu gotürülmü§dür. Sistemin arintilarinin sixliqlarinin tayini zamani piknometrik üsuldan istifada edilmi§ va doldurucu mahlul kimi toluol gotürülmü§dür.
NeTíceLeR ve onlarin müzakírqsí
(SnSe)1-x(ErSe)x sisteminin arintilari kompakt kütla §aklinda alinmi§ tünd-boz rangli maddalardir. Alinmi§ arintilar havaya, suya va üzvi halledicilara qar§i davamlidir. SnSe-la zangin olan arintilar HNO3 tur§usunda va qüvvatli qalavilarda (NaOH, KOH) yax§i hall olurlar.
A3EPEAHfl^AHCKHH XHMHHECKHH ^YPHAH № 1 2012
(SnSe)i_x(ErSe)x SISTEMINiN FiZiKi-KiMYÖVi TÖDQiQi
105
Diferensial-termiki analizin naticalari göstarir ki, arintilarin termoqramlannda alinana endotermik effektlar dönardir. örintilarin mikroqurulu? analizi naticasinda müayyan edilmi§dir SnSe asasinda bir-fazali saha mövcuddur. SnSe asasinda alinmi§ bark mahlul sahasinin daqiqla§dirmak maqsadila 2, 5, 6, va 7 mol% ErSe tarkibli arintilar takrar sintez edilmi§ va müvafiq olaraq 200 va 6000C-da 150 saat sax-lanilmaqla termiki emal edilmi§dir. Daha sonra olar qeyd edilan temperaturlarda buzlu suda birba§a soyudulmu§dur.
Homogenla§dirilmi§ hamin nümunalar mikroqurulu? analiz metodu vasitasila tadqiq edilmi§ va naticada müayyan edilmi§dir ki, SnSe asasinda otaq temperaturunda 5 mol % ErSe hall olur.
3rintilarin mikrobarkliyi PMT-3 markali mikroskopda 0.15 N faki vasitasila hesablanmi§dir. 3rintilarin mikrobarkliyinin ölfülmasinin naticalari göstarir ki, sistemda mikrobarkliyin iki növ qiymati alinmi§dir. 0-5 mol% ErSe qatiliq intervalinda mikrobarkliyin qiymati tarkibdan asili olaraq artir, daha sonra isa dayi§maz qalir. Mikrobarkliyin (500-800) MPa qiymati SnSe asasinda alinmi§ a-bark mahlulun mikrobarkliyinin qiymatina, (2200-2300) MPa qiymati isa ErSe fazasinin mikrobarkliyinin qiymatina uygundur.
Fiziki-kimyavi analiz metodlarinin naticalarina asasan (SnSe)1_x(ErSe)x sisteminin mikrodiaqrami qurulmu? va §akil 1 -da verilmi§dir.
t,0C
1000 - m
880 m + а
800 - X. ErSe ^710 о
600 а — о о а • а + ErSe
400
200 о о -1-- • • 1 - 1 1 1
§akil.1. (SnSe)1.x(ErSe)x sisteminin mikrodiaqrami.
SnSe 5 10 15 20
Mol %
Sistemin likvidusu a-bark mahlulun va ErSe fazalarinin ilkin kristalla§ma ayrilarinda ibaratdir. Har iki fazanin birga kristalla§masi ikili evtektikada ba§a fatir. ikili evtektikanin tarkibi 10 mol % ErSe-na, arimasi isa 7100C-dir. Alinmi§ bark mahlul arintilarinin yarimkefirici xarakterli oldugunu müayyan etmak fox maraqlidir.
Bu maqsadla (SnSe)1_x(ErSe)x bark mahlulundan (x =0.01, 0.02, 0.03) tarkibli nümunalar sintez olunmu§ va sonra 5000C-da 300 saat müddatinda homogenla§dirilmi§dir. Nümunalarin elektrik kefiricili-yini ölfmak üfün onlar (1.5x0.5x0.5 sm) ölfüda paralelepiped §aklina salinmi§dir.
§akil 2-da (SnSe)1_x(ErSe)x (x=0.01, 0.02, 0.03) tarkibli bark mahlul arintilarinin elektrik kefirici-liyinin о (a), termo-e.h.q.-si amsalinin a (b), xüsusi müqavimatinin p (c) va carayan §iddatinin I (d) temperatur asililigi verilmi§dir.
Elektrik kefiriciliyinin tadqiqi zamani a§kar edilmi§dir ki, (SnSe)1_x(ErSe)x bark mahlul arintilarinin temperatur asililigi yarimkefiricilara xas olaraq dayi§ir (§akil 2 a). Bu hal isa nümunalarin yarimkefirici oldugunu sübut edir.
SnSe-a 1 mol % ErSe alava etdikda onun elektrik kefiriciliyinin otaq temperaturunda qiymati о = 5.07 10"3 Om-1 sm-1, 1300C-da isa о = 6.510"2 Om-1 sm-1 olmu§dur. 20-1000C temperatur intervalinda arin-tilarin elektrik kefiriciliyi zaif artir va hamin kefiricilik a§qar kefiriciliya uygundur.
Temperaturun yuxari qiymatlarinda 100-1300C-da isa kefiricilik kaskin artir va maxsusi kefiricilik ba§ verir. Qalan iki tarkib 2 va 3 mol % ErSe üfün da elektrik kefiriciliyin temperatur asililigi yarimkefirici maddalara xas olaraq qanunauygun dayi§ir. Har iki nümunanin elektrik kefiriciliyi (2 va 3 mol%
106
A.e.eLIYEV va b.
3 11 3 11 о
ErSe) otaq temperaturunda uygun olaraq g = З.110-3 Om cm va g =2. 85 10-3 Om-1 cm -dir, 1300C-da isa g =7.95 10" va g = 5.22 • 10-2 Om-1 cm- -dir. 3rintilarin elektrik keçiriciliyinin qrafikina asasan açqar va maxsusi keçiriciliyin temperatur sahasindan çakilan toxunanin lgG~/(103/T) ayirdigi tga bucagina asasan nümunalarin qadagan olunmuç zolagin eni hesablanmiçdir.
lgG, Om-1sm-1
2.0
2.5
3.0
a , mkV/dar 400
300
250
200
150
100
50
2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5
103/T , K
2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5
103/T , K
p, Om sm
1000 -800 600 400 200 100
2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5
103/T , K
I, A 80
70 Ь
60
50
40
30
20
10
2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5
103/T , K
§akil.2. (SnSe)1-x(ErSe)x (x=0.01, 0.02, 0.03) bark mahlulunun elektrik keçiriciliyinin g (a), termo-e.h.q.-si amsalinin a (b), xüsusi müqavimatinin p (с) va carayan çiddatinin I (d) temperatur asililigi: 1 - 1 mol % ErSe, 2 - 2 mol % ErSe, 3 - 4 mol % ErSe.
1
3
2
1
(SnSe)1-x(ErSe)x (x=0.01, 0.02, 0.03) bark mahlulunun bütün arintilarinin termo-e.h.q.-nin temperatur asililigi ôyranilmiçdir (çakil 2 b). Termo-e.h.q.-nin 20-1300C temperatur intervalinda a~(T) asililiginda iki hal mü§ahida edilir. Müayyan edilmiçdir ki, temperaturun artmasi ila termo-e.h.q.-nin qiy-mati azalir, tarkibdan asili olaraq isa artir. 1, 2 va З mol% ErSe tarkibli arintilarinin xüsusi müqavimatinin temperaturdan asili olaraq azalmasi (§akil 2 с) va buna uygun olaraq, hamin tarkibli nümunalarin carayan çiddatinin temperaturdan asili olaraq artmasi (çakil 2 d) tamamila qanunauygundur va bu nümunalarin yarimkeçirici oldugunu sübut edir.
SnSe-ErSe sisteminda SnSe asasinda bark mahlullarda elektrik keçiriciliyi yükda§iyicilarin qatililigindan asilidir. SnSe asasinda bark mahlullarin g va a ^ün hesablanmiç qiymatlarindaki farq açqar rolunu oynayan ErSe-nin xassasindan, elaca da metalin (Er) kütla adadindan da asilidir.
(SnSe)i_x(ErSe)x SISTEMiNiN FiZiKi-KiMYeVi TeDQiQi 107
SnSe asasinda alinmi§ bark mahlullarin tipi termo-e.h.q.-nin i§arasinin dayi§masina asasan müayyan edilmi§dir ki, bu nümunalar p yarimkefiricilardir. Yarimkefiricilarin mühüm xüsusiyyati ondan ibaratdir ki, onlarda a§qarlar olduqda a§qar kefiricilikla yana§i, maxsusi kefiricilik da meydana galir. Buna asasan manfi, ya da müsbat yükda§iyicilara malik yarimkefirici materiallar almaq mümkündür. Yarimkefiricilarda sarbast elektronlarin mövcud olmasi naticasinda amala galan kefiricilik «-tip olur. Ancaq rabita qirilan zaman elektronu fati§mayan bo§ yer amala galir, bu zaman kefiricilikda de§iklar i§tirak edir va yarimkefirici p tip olur.
SnSe birla§masinda qalayin Er+3 ionu ila avaz edilmasi naticasinda müayyan edilmi§dir ki, kristal qafasda elektron fati§mazligi ba§ verir va naticada p tip kefiricilik yaranir.
eDeBIYYAT SiYAHISI
1. Абрикосов Н.Х., Шелимова Л.Е. Полупроводниковые материалы на основе соединений AIVBVI. М.: Наука, 1975. 195 с.
2. Ерофеев Р.С., Соламатников О.В., Гейдукова В.С., Репенько С.И. К вопросу взаимодействия монохалькогенидов двухвалентных элементов IV группы и РЗМ. Халькогениды. Вып. 3. Киев: Наук. думка, 1974. С. 187-189.
3. Багиева М.Р., Алиев И.И., Бабанлы М.Б. // Неорган. материалы. 2003. Т. 39. № 9. С. 927.
4. Багиева М.Р., Алиев И.И., Бабанлы М.Б., Алиев О.М. // Журн. неорган. химии. 2002. Т. 47. № 9.С. 1545.
5. Багиева М.Р., Бабанлы М.Б., Алиев И.И., Алиев О.М. // Журн. неорган. химии. 2002. Т. 47. № 9.С. 1545.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ (SnSe)1.x(ErSe)x
А.А.Алиев, И.И.Алиев, Ф.И.Исмаилов, Ф.А.Новрузова
Методами физико-химического анализа - дифференциально-термическим, рентгенофазовым, микроструктурным, а также путем измерения микротвердости и определения плотности изучены фазовые равновесия в системе ^^е^^Бгёе)* и построена ее микродиаграмма состояния. Установлено, что на основе SnSe в системе (ЗпЗе^СБгёе)* при комнатной температуре твердые растворы доходят до 5 мол. % Егёе. Изучены зависимости микротвердости и плотности от состава. Исследованы также температурные зависимости электропроводности и термо-э.д.с. сплавов системы (ЗпЗе^^Бгёе)*.
Ключевые слова: четверная система, квазибинарный, эвтектика, солидус, ликвидус.
PHYSICO-CHEMICAL INVESTIGATION OF (SnSe)1-x(ErSe)x SYSTEM
A.A.Aliyev, I.I.Aliyev, F.I.Ismailov, F.A.Novruzova
Phase equilibria in the (SnSe)i_x(ErSe)x system have been studied using the methods of physico-chemical analysis -differential-thermal, X-ray diffraction, microstructural, microhardness and density measurements and its state micro-diagram has been plotted. It was established that at room temperature in the (SnSe)1-x(ErSe)x based on SnSe the solid solutions reach 5 mol. % ErSe. Microhardness and density dependences on composition have been examined. As well temperature dependences of electrical conductivity and electromotive force for alloy of (SnSe)1-x(ErSe)x have been studied.
Keywords: quaternary system, quasibinary, eutectic, solidus, liquidus.
