СИСТЕМИ TlPb2Br5 – MPb2Br5 (M = K, Rb) ТА КРИСТАЛІЧНА СТРУКТУРА ФАЗИ K0,45Tl0,55Pb2Br5
DOI:
https://doi.org/10.24144/2414-0260.2019.2.47-55Ключові слова:
рентгенофазовий аналіз, диференційно-термічний аналіз, діаграма стану, тверді розчини, розчин-розплавний метод, кристалічна структураАнотація
Для дослідження фізико-хімічної взаємодії в системах TlPb2Br5–КPb2Br5 і TlPb2Br5–RbPb2Br5 використали рентгенофазовий та диференційно-термічний методи аналізу. Розрахунок параметрів гратки взірців проводили за допомогою пакету програм WinCSD. Для уточнення кристалографічних параметрів використовували метод Рітвельда.
Побудовано діаграми стану квазібінарних систем TlPb2Br5–МPb2Br5 (М = K, Rb) з використанням методів фізико-хімічного аналізу (РФА, ДТА). Досліджені системи є евтектичного типу з координатами евтектичних точок: 73 мол. % KPb2Br5, 645 К та 71 мол. % RbPb2Br5, 633 К. Система TlPb2Br5–КPb2Br5 характеризується нижчою температурою фазового переходу TlPb2Br5 утворенням неперервного ряду твердих розчинів моноклінної структури (ПГ Р21/с), а система TlPb2Br5–RbPb2Br5 – утворенням двох твердих розчинів протяжністю 57 мол. % на основі низькотемпературної модифікації TlPb2Br5 з моноклінною структурою (ПГ Р21/с) та 21 мол. % на основі RbPb2Br5 з тетрагональною структурою (ПГ I4/mcm).
Для отримання монокристалу K0,45Tl0,55Pb2Br5 був використаний розчин-розплавний метод на установці Бріджмена-Стокбаргера. Температура верхньої та нижньої зон становила 710 К та 570 К, відповідно. Градієнт печі на фронті кристалізації становив 12 К×см-1, а швидкість опускання контейнера – 8 мм/добу.
Тетрарна фаза K0,45Tl0,55Pb2Br5 кристалізується в структурному типі NH4Pb2Cl5 (ПГ P21/c, a=0,92745(8), b=0,83504(7), c=1,3026(1) нм, β=89,90(2)°). Вона утворюється шляхом ізовалентного заміщення атомів Tалію атомами Kалію в структурі сполуки TlPb2Br5. У структурі всі атоми займають ПСТ 4е. Проте атоми Tl та К частково заповнюють свої позиції на 0,55 та 0,45 частки відповідно. Позиція атомів К відповідає дефектній позиції атомів Tl у структурі TlPb2Br5. У найближчому оточенні атомів Pb1 i Pb2 перебуває вісім атомів Br, що відповідає тригональній призмі з двома додатковими атомами. Атоми Tl координують навколо себе дев’ять атомів Br, утворюючи тригональну призму з трьома додатковими атомами проти бічних граней. Всередині цієї антипризми включені атоми K, що мають у найближчому оточенні 6 атомів Br та сусідній атом Tl. Таке розташування атомів може викликати нові властивості тетрарної фази K0,45Tl0,55Pb2Br5 в порівнянні з фазою TlPb2Br5.Посилання
Isaenko L., Yelisseyev A., Tkachuk A., Ivanova S., Vatnik S., Merkulov A., Payne S., Page R., Nostrand M. New laser crystals based on KPb2Cl5 for IR region. Mater. Sci. Eng. B. 2001, 81(1-3), 188–190. Doi: 10.1016/S0921-5107(00)00735-2
Rademaker K., Krupke W.F., Page R.H., Payne S.A., Petermann K., Huber G., Yelisseyev A.P., Isaenko L.I., Roy U.N., Burger A., Mandal K.C., Nitsch K. Optical properties of Nd3+- and Tb3+-doped KPb2Br5 and RbPb2Br5 with low nonradiative decay. J. Opt. Soc. Am. B. 2004, 21(12), 2117–2129. Doi: 10.1364/JOSAB.21.002117
Roy U.N., Hawrami R.H., Cui Y., Morgan S.H. Tb3+-doped KPb2Br5: Low-energy phonon mid-infrared laser crystal. Appl. Phys. Lett. 2005, 86(15), 151911–151911-3. Doi: 1063/1.1901815
Hömmerich U., Nyein E.E., Trivedi S.B. Crystal growth, upconversion, and infrared emission properties of Er3+-doped KPb2Br5. J. Lumin. 2005, 113(1–2), 100–108. Doi: 10.1016/j.jlumin.2004.09.111
Vtyurin A.N., Isaenko L.I., Krylova S.N., Yelisseyev A., Shebanin A.P., Zamkova N.G. Vibrational spectra of KPb2Cl5 and KPb2Br5 crystals. Comp. Mater. Sci. 2006, 36(1-2), 212–216. Doi: /10.1016/j.commatsci.2005.02.018
Hömmerich U., Brown E., Amedzake P., Trivedi S. Mid-infrared (4.6 μm) emission properties of Pr3+ doped KPb2Br5. J. Appl. Phys. 2006, 100(11), 113507/1–4. Doi: 10.1063/1.2399888
Wang Y., Li J., Tu C., You Z. Crystal growth and spectral analysis of Dy3+ and Er3+ doped KPb2Cl5 as a mid‐infrared laser crystal. Cryst. Res. Technol. 2007, 42(11), 1063–1067. Doi: 10.1002/crat.200710967
Atuchin V.V., Isaenko L.I., Kesler V.G., Tarasova A.Yu. Single crystal growth and surface chemical stability of KPb2Br5. J. Cryst. Growth. 2011, 318(1), 1000–1004. Doi: 10.1016/j.jcrysgro.2010.10.039
Bluiett A.G., Peele D., Norman K., Brown E. Mid-infrared emission characteristics and energy transfer processes in doubly doped Tm, Tb: KPb2Br5 and Tm, Nd: KPb2Br5. Opt. Mater. 2011, 33(7), 985–988. Doi: 10.1016/j.optmat.2010.10.018
Atuchin V.V., Isaenko L.I., Kesler V.G. Pokrovsky L.D., Tarasova A.Yu. Electronic parameters and top surface chemical stability of RbPb2Br5. Mater. Chem. Phys. 2012, 132(1), 82–86. Doi: 10.1016/j.matchemphys.2011.10.054
Tarasova A.Y., Isaenko L.I., Kesler V.G., Pashkov V.M., Yelisseyev A.P., Denysyuk N.M., Khyzhun O.Yu. Electronic structure and fundamental absorption edges of KPb2Br5, K0.5Rb0.5Pb2Br5, and RbPb2Br5 single crystals. J. Phys. Chem. Solids 2012, 73(5), 674–682. Doi: 10.1016/j.jpcs.2012.01.014
Khyzhun O.Y., Bekenev V.L., Denysyuk N.M., Kityk I.V., Rakus P., Fedorchuk А.О., Danylchuk S.P., Parasyuk O.V. Single crystal growth and the electronic structure of TlPb2Br5 . Opt. Mater. 2013, 36(2), 251–258. Doi: 10.1016/j.optmat.2013.09.004
Hömmerich U., Brown E., A.Kabir, Hart D., Trivedi S. B., Jin F., Chen H. Crystal growth and characterization of undoped and Dy-doped TlPb2Br5 for infrared lasers and nuclear radiation detection. J. of Cryst. Growth. 2017, 479(1), 89–92. Doi: 10.1016/j.jcrysgro.2017.09.029
Favorskiy L.I. Vzaimnaya sistema iz hloridov i bromidov svintsa talliya PbCl2 + Tl2Br2 = PbBr2 + Tl2Cl2. Izvestiya Sektora fiz-him. analiza AN SSSR. 1940, 13, 281–289 (in Russ.).
Dionisev S.D., Ilyasov I.I., Bergman A.G. Diagram of the K, Tl, and PbBr2 ternary system. Zh. Neorg. Khim. 1960, 5, 1135–1138.
Cola M., Masarotti V., Riccardi R., Sinistri C. Binary systems formed by Lead Bromide with (Li, Na, K, Cs and TlBr: a DTA and diffractometric study. Z. Naturforch. 1971, 26(8), 1328–1332.
Lazarev V.B., Peresh E.Yu., Tsigika V.V., Chereshnya V.M., Dordyay V.S., Stasyuk N.P. Fazovyie ravnovesiya sistem TlBr – PbBr2, TlІ – GeІ2 i svoystva soedineniy. Zhurn. neorgan. himii. 1982, 27(11), 2943–2947 (in Russ.).
Keller H.L., Haueis D., Naujokat W. Das system TlBr – PbBr2. Rev. Chim. Minerale. 1981, 18(3), 178–183.
Ras F.G., IJdo D.J.W., Verschoor G.C. Ammonium dilead chloride. Acta Crystallogr. B. 1977, 33(1), 259–260. Doi: 10.1107/S0567740877003276
Mitolo D., Pinto D., Garavelli A., Bindi L.The role of the minor substitutions in the crystal structure of natural challacolloite, KPb2Cl5, and hephaistosite,TlPb2Cl5, from Vulcano (Aeolian Archipelago, Italy). Miner. Petrol. 2009, 96(1-2), 121–128. Doi: 10.1007/s00710-008-0041-2
Merkulov A.A., Isaenko L.I., Pashkov V.M., Mazur V.G., Virovets A.V., Naumov D.Yu. Crystal structure of KPb2Cl5 and KPb2Br5. J. Struct. Chem. 2005, 46(1), 103–108. Doi: 10.1007/s10947-006-0015-3
Isaenko L.I., Merkulov A.A., Melnikova S.V., Pashkov V.M., Tarasova A. Effect of K ↔ Rb Substitution on Structure and Phase Transition in Mixed KxRb1−xPb2Br5 Crystals. Cryst. Growth Des. 2009, 9(5), 2248–2251. Doi: 10.1021/cg8010162
Powell H.M., Tasker H.S. The valency angle of bivalent lead: the crystal structure of ammonium, rubidium, and potassium pentabromodiplumbites. J. Chem. Soc. 1937, 119–123. Doi: 10.1039/JR9370000119
Becker D., Beck H. P. High Pressure Study of NH4Pb2Br5 Type Compounds. I Structural Parameters and Their Evolution under High Pressure. Z. Anorg. Allg. Chem. 2004, 630(12), 1924–1932. Doi: 10.1002/chin.200504006
Melnikova S.V., Isaenko L.I., Pashkov V.M., Pevnev I.V. Search for and study of phase transitions in some representatives of the APb2X5 family. Phys. Solid State. 2006, 48(11), 2152–2156. Doi: 10.1134/S1063783406110217
Pavlyuk V., Dmytriv G., Szyrej M., Levkovets S., Parasyuk O. A new semiconducting quaternary mixed halogenide: pentathallium dimercury pentabromide tetra¬iodide, Tl5Hg2Br5I4. Actа Cryst. С. 2014, 70(6), 550–554.
Demchenko P., Khyzhun O.Y., Fochuk P.M., Levkovets S.I., Myronchuk G.L., Parasyuk O.V. Single crystal growth, structure and properties of TlHgBr3. Opt. Mater. 2015, 49, 94–99. Doi: 10.1016/j.optmat.2015.08.026
