ФІЗИКО-ХІМІЧНА ВЗАЄМОДІЇ В СИСТЕМІ Tl4PbTe3–Tl9BiTe6–TlBiTe2
DOI:
https://doi.org/10.24144/2414-0260.2019.1.32-37Ключові слова:
Thermal analysis, X-ray diffraction, Physico-chemical interaction, Quasiternary system, Quasibinary sections, Isothermal section, Projection of liquidus surface, Solid solutionАнотація
Використовуючи сучасні методи дослідження (диференційно-термічний ДТА, рентгенівський фазовий РФА аналізи та метод математичного моделювання) вивчено характер фізико-хімічної взаємодії в квазіпотрійній системі на основі складних телуридів талію(І) Tl4PbТe3–Tl9BiTe6–TlBiTe2, побудовано ізотермічний переріз при температурі 473 K, проекцію поверхні ліквідусу на концентраційний трикутник та просторову діаграму стану системи, встановлено детальний хід ліній моноваріантних рівноваг. Утворення нових складних сполук в системі Tl4PbТe3–Tl9BiTe6–TlBiTe2 не зафіксовано.
Встановлення можливості модифікації складу вихідних тернарних сполук талію(І) Tl4PbTe3, Tl9BiTe6 та TlBiTe2 шляхом експериментального дослідження характеру фізико-хімічної взаємодії на їх основі є основною метою даної наукової роботи.
Дана квазіпотрійна система утворена трьома квазіподвійними, дві з яких евтектичного типу Tl4PbТe3–TlBiTe2 (евтектика е2 відповідає 36 мол.% TlBiТe2, 756 K) та Tl9BiTe6–TlBiTe2 (евтектика е1 відповідає 52 мол.% Tl9BiTe6, 775 K), а також перерізом Tl4PbТe3–Tl9BiTe6, що характеризується утворенням неперервного ряду твердих розчинів без екстремальних точок на кривих ліквідуса і солідуса.
Для дослідження фізико-хімічної взаємодії в системі Tl4PbТe3–Tl9BiTe6–TlBiTe2 було синтезовано ряд точок. Синтез бінарних, тернарних сполук та ряду сплавів здійснювався у вакуумних (0.13 Па) кварцових ампулах прямим однотемпературним методом. Максимальна температура синтезу на 50-70 K перевищувала температуру плавлення найбільш тугоплавкого компонента. Відпал проводили протягом 480 год при температурі 473 К. Охолодження до кімнатної температури - в режимі виключеної печі.
На підставі результатів ДТА та РФА встановлено фізико-хімічну взаємодію в системі Tl4PbТe3–Tl9BiTe6–TlBiTe2 та побудовано ізотермічний переріз. За допомогою температур первинної кристалізації сплавів методом математичного моделювання вперше вивчено та побудовано проекцію поверхні ліквідусу системи Tl4PbТe3–Tl9BiTe6–TlBiTe2 на концентраційний трикутник. Встановлено, що поля первинних кристалізацій перетинаються вздовж лінії моноваріантної евтектичної рівноваги е1–е2. Даний моноваріантний евтектичний процес L«(Tl4PbTe3)х(Tl9BiTe6)1–х+(TlBiTe2) відбувається в інтервалі температур від 778 К (евтектика е1) до 763 К (евтектика е2). Характер фізико-хімічної взаємодії в квазіпотрійній системі Tl4PbТe3–Tl9BiTe6–TlBiTe2 добре описує побудована просторова діаграма стану.Посилання
Anatychuk L.I., Havrylyuk N.V., Lysko V.V. Methods and Equipment for Quality Control of Thermoelectric Materials. Journal of electronic materials. 2012, 1–6.
Quansheng Guo, Abdeljalil Assoud, Kleinke H. Improved bulk materials with thermoelectric figure-of-merit greater than 1: Tl10–xSnxTe6 and Tl10–xPbxTe6. Advanced Energy Materials. 2014, 4(14), 1400348.
Kuropatwa B.A., Assoud Abdeljalil, Kleinke H. Phase range and physical properties of the thallium tin tellurides Tl10−xSnxTe6 (x≤2.2). Journal of Alloys and Compounds. 2011, 509, 6768–6772.
Bhan S., Schubert K. Kristallstruktur von Tl5Te3 und Tl2Te3. J. Less-Common Metals. 1970, 20, 229–235.
Bradtmoeller S., Boettcher P. Darstellung und Kristallstruktur von SnTl4Te3 und PbTl4Te3. Zeitschrift fuer Anorganische und Allgemeine Chemie. 1993, 619, 1155–1160.
Doert T., Boettcher P. Crystal structure of bismuthnonathallium hexatelluride, BiTl9Te6. Z. Kristallogr. 1994, 2, 95.
Kosuga A., Kurosaki K., Muta H., Yamanaka S. Thermoelectric properties of Tl–X–Te (X=Ge, Sn, and Pb) compounds with low lattice thermal conductivity. J. Appl. Phys. 2006, 99, 063705.
Wölfing B.,Kloc C., Teubner J., Bucher E. High performance thermoelectric Tl9BiTe6 with an extremely low thermal conductivity. Phys. Rev. Lett. 2001, 86(19), 4350–4353.
Kurosaki K., Kosuga A., Yamanaka S. Thermo-electric properties of TlBiTe2. J. Alloy Compd. 2003, 351(1-2), 279–282.
Yamanaka S., Kosuga A., Kurosaki K. Thermoelectric properties of Tl9BiTe6. J. Alloy Compd. 2003, 352(1-2), 275–278.
Malakhovskay-Rosokha T.A., Filep M.J.,Sabov M.Yu., Barchiy I.E., Fedorchuk A.O., Plucinski K.J. IR operation by third harmonic generation of Tl4PbTe3 and Tl4SnS3 single crystals. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2013, 24(7), 2410–2413.
Kurosaki K., Kosuga A., Muta H., Yamanaka S. Thermoelectric Properties of Thallium Compounds with Extremely Low Thermal Conductivity. Mater. Trans. 2005, 46(7), 1502–1505.
Quansheng Guo, Meghan Chan, Kuropatwa B.A., Kleinke H. Enhanced Thermoelectric Properties of Variants of Tl9SbTe6 and Tl9BiTe6. Chem. Mater. 2013, 25, 4097−4104.
Malakhovska T.O., Barchii О.І., Peresh Ye.Yu., Barchii I.E., Sabov M.Yu. Triangulation of the T2Te–PbTe–Bi2Te3 system. Scientific Bulletin of the Uzhhorod University. Series «Chemistry». 2007, 17, 15−19 (in Ukr.).
Barchii I.E., Sabov M.Yu. Glukh O.S., Malakhovska-Rosokha Т.О. New Thermoelectric Materials Based on Solid Solutions of Compounds Tl2Тe–PbTe–Bi2Тe3 System. Nauk. visnik Voly`ns`kogo un-tu im. Lesi Ukrainky. Ser. “Khimichni nauky”. 2010, 16, 18−24 (in Ukr.).
Barchij I.E. Mathematical design of phase equilibrium in the Tl2S–Tl2Se–Tl5Se2I system. Ukr. khim. zhurn. 2001, 67(11), 18−23 (in Ukr.).
Malakhovska T.O., Sabov M.Yu., Barchii I.E., Peresh Ye.Yu. Some features of the physico-chemical interaction in the Tl2Te–PbTe system. Scientific Bulletin of the Uzhhorod University. Series «Chemistry». 2008, 19, 8−10 (in Ukr.).
Barchii I.E., Peresh Ye.Yu., Lazarev V.B., Voroshylov Yu.V., Tkachenko V.Y. Phase equilibria in the Tl2Se(Te) –Bi2Se3(Te3), Tl9Bi–Se(Te) systems and properties of the formed compounds. Neorgan. mater. 1988, 24(11), 1791−1795 (in Russ.).
