Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТА Tb НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДОГО РАСТВОРА (Bi2Sb5Se3Te6J3) n-ТИПА'

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТА Tb НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДОГО РАСТВОРА (Bi2Sb5Se3Te6J3) n-ТИПА Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
59
13
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Azerbaijan Chemical Journal
Область наук
Ключевые слова
микротвердость / термоэлектрик / твердый раствор / эвтектика. / microhardness / thermoelectrics / solid solution / eutectic

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Ф И. Исмаилов, И И. Алиев, С И. Тагиев

Методами физико-химического анализа (ДТА, РФА, МСА), а также измерением микротвердости и плотности исследовано влияние содержания тербия на физико-химические свойства твердого раствора (Bi2Sb5Se3Te6J3) n-типа и построена микродиаграмма. Установлено, что в системе (Bi2Sb5Se3Te6J3)1-х(Tb)x при комнатной температуре на основе (Bi2Sb5Se3Te6J3) растворяется 5 мол.% Tb. В системе образуется эвтектика, состав которой отвечает 15 ат.% Tb, температуры плавления – 5000С.

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.

INFLUENCE OF THE ELEMENT Tb ON THE PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF SOLID SOLUTION (Bi2Sb5Se3Te6J3) OF n-TYPE

By the methods of physicochemical analysis (DTA, XRD, MSA), as well as the density and microhardness measurements the effect of terbium content on the physicochemical properties of solid solution (Bi2Sb5Se3Te6J3) n-type has been studied and microchart built. It has been established that in the system ((Bi2Sb5Se3Te6J3)1-x(Tb)x at room temperature on the basis of (Bi2Sb5Se3Te6J3) 5 mol. % Tb dissolves. The system forms an eutectic composition of which meets 15 at. % Tb, and melting point is 5000C.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТА Tb НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДОГО РАСТВОРА (Bi2Sb5Se3Te6J3) n-ТИПА»

72

AZ9RBAYCAN KIMYA JURNALI № 4 2014

УДК 546.87863 232445

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТА Tb НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДОГО

РАСТВОРА (BiiSbsSesTeeJs) я-ТИПА

12 3

Ф.И.Исмаилов , И.И.Алиев , С.И.Тагиев

1 Институт физики им. Г.Б.Абдуллаева Национальной АН Азербайджана 2Институт катализа и неорганической химии им. М.Ф.Нагиева Национальной АН

Азербайджана 3Азербайджанский технический университет

aliyevimir@rambler.ru

Поступила в редакцию 30.06.2014

Методами физико-химического анализа (ДТА, РФА, МСА), а также измерением микротвердости и плотности исследовано влияние содержания тербия на физико-химические свойства твердого раствора (Bi2Sb5Se3Te6J3) «-типа и построена микродиаграмма. Установлено, что в системе (Bi2Sb5Se3Te6J3)1_x(Tb)x при комнатной температуре на основе (Bi2Sb5Se3Te6J3) растворяется 5 мол.% Tb. В системе образуется эвтектика, состав которой отвечает 15 ат.% Tb, температуры плавления - 5000С.

Ключевые слова: микротвердость, термоэлектрик, твердый раствор, эвтектика.

Известно, что Bi2Te3, Sb2Te3 и твердые растворы на их основе используются в качестве материалов для р-типа термоэлектрических охладителей [1-4]. При введении SbJ3 в состав (Bi2Te3Sb2Te3Sb2Se3) твердый раствор р-типа термоэлектрического материала изменяет свой состав и становится «-типом проводимости.

Недостатком этих материалов является то, что они слоисты и легко измельчаются. Для увеличения прочности твердого раствора (Bi2Sb5Se3Te6J3) и-типа нами был добавлен элементарный Tb до 20 мол.%.

В настоящей статье мы представляем условия синтеза и результаты исследования некоторых физико-химических свойств твердых растворов (Bi2Sb5Se3Te6J3)1-x(Tb)x, а также изучения влияния Tb на свойства твердых растворов и-типа. Ранее мы изучали влияние РЗЭ на физические и химические свойства твердого раствора (Bi2Sb5Se3Te6J3) и-типа [5-8]. Система (Bi2Sb5Se3Te6J3)1-x(Tb)x не была исследована.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Для синтеза сплавов твердых растворов системы (B^S^Se^eJ^^Tb)*; (;=0.03, 0.04, 0.25) вначале был синтезирован сплав состава (Bi2Sb5Se3Te6J3). Далее сплавы системы синтезировали из компонентов (Bi2Sb5Se3Te6J3) и Tb в вакуумированных до 0.1333 Па кварцевых ампулах при 700-1100С.

Чтобы получить равновесное состояние гомогенизированных сплавов, образцы подвергали отжигу в вакуумированных кварцевых ампулах при температуре на 200C ниже со-лидуса в течение 420 ч. Исследование системы (Bi2Sb5Se3Te6J3)1-x(Tb)x проводили дифференциально-термическим (ДТА), микроструктурным (МСА), рентгенофазовым (РФА) методами анализа, а также измерением микротвердости и определением плотности.

ДТА осуществляли на микротермоанализаторе DTG-60/60H SHIMADZU в температурном интервале 25-10000C со скоростью нагрева 15 град/мин. В качестве стандарта использовали оксид алюминия.

РФА образцов проводили на дифрактометре D2 PHASER (Си^-излучение, Ni-фильтр). Идентификацию дифракционных максимумов осуществляли с использованием банка данных JCPDS.

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТА Tb НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

73

МСА сплавов предварительно протравленных шлифов, полированных пастой ГОИ, выполняли на металлографическом микроскопе МИМ-8. При исследовании микроструктуры сплавов использовали травитель состава 15 мл HNO3:5 мл Н2О2, время травления - 20 с.

Микротвердость сплавов измеряли на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузках 0.10 и 0.25 Н. Плотность сплавов определяли пикнометрическим методом, в качестве рабочей жидкости использовали толуол.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Сплавы системы (Bi2Sb5Se3Te6J3)i_x(Tb)x были получены в виде компактных слитков серебристо-серого цвета. Сплавы устойчивы к воздуху, воде и органическим растворителям, но сильные минеральные кислоты (HNO3, H2SO4) интенсивно разлагают их.

ДТА показал, что в термограммах сплавов проявляются по два эндотермических эффекта. Установлено, что эти фиксированные эффекты на кривых нагревания и охлаждения - обратимы.

МСА сплавов системы (Bi2Sb5Se3Te6J3)1-x(Tb)x показал, что в диапазоне концентраций 0-5 ат. % Tb сплавы имеют однофазную область, а сплавы других составов - двухфазные. Эвтектика образуется при температуре 3600C и отвечает составу из 10 ат. % Tb .

Для подтверждения результатов ДТА и МСА сплавов системы проводили РФА. Рентгеновский анализ сплавов (Bi2Sb5Se3Te6J3)1-x(Tb)x показал, что дифракционные линии сплавов для концентраций Tb в диапазоне 0-5 ат.% идентичны. С увеличением содержания Tb дифракционные линии сплавов соответствуют дифракционным линиям исходных компонентов.

Для литых образцов выявлен значительный разброс значений микротвердости, который после 250 ч отжига не изменялся. В таблице приведены некоторые физико-химические свойства сплавов системы (Bi2Sb5Se3Te6J3)1-x(Tb)x.

Результаты ДТА, измерения микротвердости и определения плотности сплавов системы (Bi2Sb3Se3Te6J3)1-x(Tb)x

Состав, мол. % Термические эффекты нагревания, 0C Плотность, г/см3 Микротвердость фаз, Mna

Bi2SbsSe3Te6J3 Tb I а II Tb

P=0.10 Н P=0.20 Н

100 0.0 580 7.80 950 -

99 1.0 580 7.80 980

98 2.0 550.575 7.82 990 -

96 4.0 535.570 7.82 1000 -

95 5.0 525.565 7.87 1180 -

94 6.0 510.560 7.79 1180 -

90 10 500.540 7.75 1170 -

88 12 500.525 7.75 - -

85 15 500 7.74 эвтектика эвтектика

83 17 500.600 7.73 - 2350

80 20 500.600 7.73 - 2350

78 22 500.690 7.71 - 2350

75 25 500.750 7.70 - 2350

При определении микротвердости сплавов системы (Bi2Sb5Se3Te6J3)1-x(Tb)x наблюдались две серии значений. Как видно из таблицы, микротвердость а-твердых растворов на основе (Bi2Sb5Se3Te6J3) изменяется в пределах (950-1180) МПа, а для ТО она равна 2350 МПа.

74

Ф.И.ИСМАИЛОВ и др.

На основании полученных результатов построили фазовую диаграмму системы (Б128Ь58езТеб1з)1-х(ТЬ)х (рисунок).

t,0c 800

700 -

600

500

400

300

200 h

Bi2Sb3Se3Te6J3 5 10 at.% Tb

Рис.1. Микродиаграмма системы (Bi2Sb3Se3Te6J3)1-x(Tb)x.

15 20

25

Ликвидус системы состоит из двух ветвей, соответствующих первичному выделению а-твердых растворов на основе (Bi2Sb5Se3Te6J3) и Tb. Ниже линии солидуса кристаллизуются двухфазные смеси (а + Tb).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Коленко Е.А. Термоэлектрические охлаждающие приборы. М.: Наука, 1967. 258 с.

2. Goldsvid H.I. Thermoelectric refrigeration. N.Y.1964. 230 p.

3. Гольцман Б.Н., Кудинов В.А., Смирнов И.А. Полупроводниковые термоэлектрические материалы на основе Bi2Te3. М.: Наука, 1972. 320 с.

4. Абрикосов Н.Х., Агеев Ю.И., Иванова Л.Д. и др. // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1979. Т. 15. № 11. С. 1381-1385.

5. Исмаилов Ф.И., Алиев И.И., Алиев А.А. // Хим. проблемы. 2006. № 4. С. 425-427.

6. Исмаилов Ф.И., Алиев И.И. // XVII Междунар. конф. "Физика прочности и пластичности материалов". Самара. 23-25 июня 2009. С. 115.

7. Ismailov F.I., Aliyev I.I., Musayeva N.N. // International Conference on Technical and Physical Problems of Power Engineering Proceedings. P. 324-326. 7-9 July 2011. North Cyprus, Lefkosa Near East University.

8. Ismailov F.I., Aliyev I.I., Sadiqov F.M. va b. // Azarb. kimya jurnali. 2008. № 1. S. 67-68.

(Bi2Sb5Se3Te6J3 ) я-TlP B3RK M3HLULUNUN f1z1k1-K1MY3V1 XASS3L3R1N3 Tb

elementInIn TeslRl

F.l.lsmayilov1, 1.1.3liyev2, S.l.Tagiyev

Fiziki-kimyavi analiz metodlari (DTA, RFA, MQA, elaca da sixligin va mikrobarkliyin ölfülmasi) vasitasila (Bi2Sb5Se3Te6J3) «-tip bark mahlulunun fiziki-kimyavi xassalarina Tb elementinin tasiri öyranilmi§ va onun mikrodiaqrmi qurulmu§dur. Müayyan edilmi§dir ki, (Bi2Sb5Se3Te6J3)i_x(Tb)x sisteminda (Bi2Sb5Se3Te6J3) asasinda 5 mol % Tb hall olur. Sistemda amala galan evtektikanin tarkibi 15 at % Tb, arimasi isa 5000C-dir.

Agar sözlsr: mikrobdrklik, termoelektrik, bdrk mdhlul, evtektika.

B^H^HHE Э.ПЕМЕHТA Tb HA OH3HKO-XHMHHECKHE CBOHCTBA

75

INFLUENCE OF THE ELEMENT Tb ON THE PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF SOLID

SOLUTION (Bi2Sb5Se3Te6J3) OF «-TYPE

F.I.Ismayilov, I.I.Aliyev, S.I.Tagiyev

By the methods of physicochemical analysis (DTA, XRD, MSA), as well as the density and microhard-ness measurements the effect of terbium content on the physicochemical properties of solid solution (Bi2Sb5Se3Te6J3) «-type has been studied and microchart built. It has been established that in the system ((Bi2Sb5Se3Te6J3)1-x(Tb)x at room temperature on the basis of (Bi2Sb5Se3Te6J3) 5 mol. % Tb dissolves. The system forms an eutectic composition of which meets 15 at. % Tb, and melting point is 5000C.

Keywords: microhardness, thermoelectrics, solid solution, eutectic.

A3EPEAHfl^AHCKHH XHMHHECKHH ^YPHAH № 4 2014

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.