Научная статья на тему 'ИССЛЕДОВАНИЕ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ AG2GЕS3-SB2S3'

ИССЛЕДОВАНИЕ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ AG2GЕS3-SB2S3 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
78
17
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
AG2GES3 / SB2S3 / ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА / СИСТЕМА / ЭВТЕКТИКА / ТВЕРДЫЙ РАСТВОР / РЕНТГЕНОФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Мамедов Шарафат Гаджиага Оглы, Исмаилова Рена Авазага, Аждарова Дильбар Самед

Сульфиды сурьмы и серебра с германием привлекают внимание исследователей в связи с возможностью их применения в качестве функциональных материалов. В последние годы большое количество исследований было посвящено физическим свойствам халькогенидов АVBVI благодаря их широкому использованию в оптоэлектронных устройствах. Поэтому наше исследование посвящено изучению химического взаимодействия в системе Ag2GеS3-Sb2S3 и построению фазовой диаграммы. Сплавы для исследования системы Ag2GeS3-Sb2S3 синтезировали из лигатур Ag2GeS3 и Sb2S3, которые, в свою очередь, были синтезированы из элементарных компонентов чистотой не менее 99,999% в откачанных кварцевых ампулах в однозонной печи при температурах 1 100 и 825 К. Поликристаллические образцы сплавов системы Ag2GeS3-Sb2S3 получали расплавлением исходных сульфидов в откачанных кварцевых ампулах при температуре 825-1 100 К в течение 3 ч. С помощью методов дифференциально-термического, рентгенофазового, микроструктурного анализа, а также измерения микротвердости и плотности изучены фазовые равновесия в системе Ag2GеS3-Sb2S3. На основании полученных результатов построена диаграмма состояния системы Ag2GeS3-Sb2S3. Установлено, что система Ag2GeS3-Sb2S3 является квазибинарным сечением квазитройной системы Ag2S-GeS2-Sb2S3 и относится к эвтектическому типу. Растворимость на основе Sb2S3 при комнатной температуре достигает 10 мол. % Ag2GeS3, а на основе тиогерманата серебра Ag2GeS3 - 3 мол. % Sb2S3. Твердые растворы на основе Sb2S3 кристаллизуются в ромбической сингонии, и с увеличением концентрации тиогерманата серебра параметры кристаллической решетки увеличиваются.

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.

STUDY OF ALLOYS OF THE AG2GES3-SB2S3 SYSTEM

Sulfides of copper and silver with the element germanium attract the attention of researchers in connection with the possibility of their use as functional materials. In recent years, a large number of studies have been devoted to the physical properties of АVBVI chalcogenides, due to their widespread use in optoelectronic devices. Therefore, our study is devoted to the study of the chemical interaction in the Ag2GeS3-Sb2S3 system and the construction of the phase diagram. Alloys for studying the Ag2GeS3-Sb2S3 system were synthesized from master alloys. The Ag2GeS3 and Sb2S3 ligatures were synthesized from elementary components with a purity of at least 99.999% in evacuated quartz ampoules in a single-zone furnace at temperatures of 1100 and 825 K. 3 hours. Using the methods of differential thermal (DTA), X-ray phase (XRD), microstructural analysis (MSA), as well as measurements of microhardness and density, phase equilibria in the Ag2GeS3-Sb2S3 system were studied. Based on the results of the study, a state diagram of the Ag2GeS3-Sb2S3 system was constructed. It was found that the Ag2GeS3-Sb2S3 system is a quasi-binary section of the Ag2S-GeS2-Sb2S3 quasi-ternary system and belongs to the eutectic type. Solubility based on Sb2S3 at room temperature reaches 10 mol.% Ag2GeS3 β-phase), and on the basis of silver thiogermanate Ag2GeS3 - 3 mol.%. Sb2S3. Solid solutions based on Sb2S3 crystallize in the rhombic system and with an increase in the concentration of silver thiogermanate, the parameters of the crystal lattice increase.

Текст научной работы на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ AG2GЕS3-SB2S3»

Вестник Томского государственного университета. Химия. 2021. № 23. С. 30-39

УДК 546(571.289.863.22) DOI: 10.17223/24135542/23/3

Ш.Г. Мамедов1, Р.А. Исмаилова2, Д.С. Аждарова1

1 Институт катализа и неорганическая химии им. академика М.Ф. Нагиева Национальной Академии наук Азербайджана (г. Баку, Азербайджан) 2 Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности (г. Баку, Азербайджан)

Исследование сплавов системы Ag2GеSз-Sb2Sз

Сульфиды сурьмы и серебра с германием привлекают внимание исследователей в связи с возможностью их применения в качестве функциональных материалов. В последние годы большое количество исследований было посвящено физическим свойствам халькогенидов А¥БКГ благодаря их широкому использованию в оптоэлектронных устройствах. Поэтому наше исследование посвящено изучению химического взаимодействия в системе Ag2GеS3-Sb2S3 и построению фазовой диаграммы.

Сплавы для исследования системы Ag2GeS3-Sb2S3 синтезировали из лигатур Ag2GeS3 и БЬ^з, которые, в свою очередь, были синтезированы из элементарных компонентов чистотой не менее 99,999% в откачанных кварцевых ампулах в однозонной печи при температурах 1 100 и 825 К. Поликристаллические образцы сплавов системы Ag2GeS3-Sb2S3 получали расплавлением исходных сульфидов в откачанных кварцевых ампулах при температуре 825-1 100 К в течение 3 ч. С помощью методов дифференциально-термического, рентгенофазово-го, микроструктурного анализа, а также измерения микрoтвердости и плотности изучены фазовые равновесия в системе Ag2GеS3-Sb2S3.

На основании полученных результатов построена диаграмма состояния системы Ag2GeS3-Sb2S3. Установлено, что система Ag2GeS3-Sb2S3 является квазибинарным сечением квазитройной системы Ag2S-GeS2-Sb2S3 и относится к эвтектическому типу. Растворимость на основе Sb2S3 при комнатной температуре достигает 10 мол. % Ag2GeS3, а на основе тиогерманата серебра Ag2GeS3 - 3 мол. % Sb2S3. Твердые растворы на основе Sb2S3 кристаллизуются в ромбической сингонии, и с увеличением концентрации тиогерманата серебра параметры кристаллической решетки увеличиваются.

Ключевые слова: Ag2GeS3-Sb2S3, фазовая диаграмма, система, эвтектика, твердый раствор, рентгенофазовый анализ

Введение

Сульфиды сурьмы и серебра с германием привлекают внимание исследователей в связи с возможностью их применения в качестве функциональных материалов [1—8]. В последние годы большое количество исследований было посвящено физическим свойствам халькогенидов АЖ1 благодаря их широкому применению в оптоэлектронных устройствах. Среди доступных халькогенидов чистые и легированные тонкие пленки 8Ь283 используются для преобразования солнечной энергии, в термоэлектриче-

ских технологиях охлаждения и в качестве фотопроводящей мишени для телевидения [9-19].

Для разработки физико-химических основ получения новых сложных халькогенидных фаз исследованы фазовые равновесия Л§2Ое8з-8Ь23з.

Соединение Sb2S3 плавится конгруэнтно при 820 К и кристаллизуется в ромбической сингонии с параметрами элементарной ячейки: a = 11,20, Ь = 11,28, c = 2,83А [20-25].

Фазовая диаграмма системы Ag2S-GeS2 изучена в работах [4, 6, 7, 19, 24-31]. Методами дифференциально-термического (ДТА) и рентгенофазо-вого (РФА) анализа установлено, что в этой системе образуются три кристаллические фазы: Ag8GeS6, Ag4GeS4 (ромбическая сингония Пр.г Pna2b a = 5,137 , Ь = 7,483, c = 5,90 А; триклинная сингония a = 9,072, Ь = 4,12, c = 3,346 А, а = 95,90°, в = 92,63°, у = 74,96°) и Ag2GeS3 (ромбическая сингония, Пр.г Cmc2b a = 11,79, Ь = 7,064, c = 6,338 А) [19]. Ag2GeS3 и Ag8GeS6, плавящиеся конгруэнтно при (921 + 5), (1 223 + 5) К, являются диморфными с температурами фазовых превращений 579 и 500 К соответственно. Количество формульных единиц 4, а количество атомов в элементарной ячейке равно 12. Рассчитанная плотность р = 4,82 г/см . Соединение Ag4GeS4 образуется по перитектической реакции Ж + Ag8GeS6 ^ Ag4GeS4 при (1 013 + 5) К. В работах [4, 30, 31] при изучении фазовой диаграммы квазибинарного разреза GeS2-Ag2S подтверждено существование в этой системе двух тройных соединений Ag2GeS3, Ag8GeS6.

При исследовании тройной системы Ag-Ge-S обнаружено два соединения - Ag8GeS6 и Agi0Ge3Sn [25]. Agi0Ge3Sn кристаллизуется в моноклинной сингонии Пр.г Сс или С2/С, аналогично по составу соединению с кремнием Agi0Si3Sn. Дальнейшее исследование монокристалла показало, что параметры решетки: Пр.г Сс, a = 26,244, Ь = 6,5020, c = 25,083 А, в = 109,91° [29].

В данной работе представлены результаты исследования взаимодействия в системе Ag2GeS3-S^S3 и построена фазовая диаграмма состояния.

Методика эксперимента

Сплавы для исследования системы Ag2GeS3-S^S3 синтезировали из лигатур. Лигатуры Ag2GeS3 и S^S3 синтезированы из элементарных компонентов чистотой не менее 99,999% в откачанных кварцевых ампулах в од-нозонной печи при температурах 1 100 и 825 К. Поликристаллические образцы сплавов системы Ag2GeS3-S^S3 получали расплавлением исходных сульфидов в откачанных кварцевых ампулах при температуре 825-1 100 К в течение 3 ч. После окончания синтеза образцы отжигали в течение 270 ч при температуре 500 К.

Сплавы исследовали методами физико-химического анализа. Дифрак-тограммы снимали на установке D2 Phaser фирмы Bruker (СиКа-излучение, Ni-фильтр), ДТА выполняли на низкочастотном термографе НТР-70 в температурном интервале 25-900°С. Скорость нагрева 10 град./мин. Термопа-

ра хромель-алюмелевая, в качестве стандарта использовали оксид алюминия. Микроструктурный анализ (МСА) проводили на микроскопе МИМ-7, а микротвердость измеряли на микротвордомере ПМТ-3 при нагрузках, выбранных в результате измерения микротвердости каждой фазы.

Результаты их обсуждение

Для исследования системы Ag2GeS3-Sb2S3 синтезировали 12 сплавов. ДТА проводили на отожженных образцах сплавов системы Ag2GeS3-Sb2S3. Результаты термического анализа свидетельствуют о наличии остановок на кривых нагревания при 820-925 К. Термические эффекты на кривых нагревания эндотермические, обратимые (табл. 1).

Т а б л и ц а 1

Состав, результаты ДТА, плотности и микроструктура сплавов разреза Ag2GeS3-Sb2S3

Состав, мол. % Термические эффекты Плотность, г/см3 Фазовый состав

Ag2GeS3 Sb2S3 солидус ликвидус

100 0,0 - 325 4,820 т

98 2,0 - - 4,817 т

95 8,0 550, 750 000 4,816 т + 8

90 10 550, 750 885 4,80 Т + 8

80 20 550, 750 845 4,78 Т + 8

70 30 550, 750 800 4,76 Т + 8

60 40 550, 750 (евт) 4,74 Т + 8

50 50 550, 750 770 4,73 Т + 8

40 60 550, 750 785 4,75 Т + 8

30 70 550, 750 800 4,09 Т + 8

20 80 550, 750 810 4,67 Т + 8

10 90 - 775,225 4,66 Т

5,0 95 - 800,820 4,65 Т

0,0 100 - 820 4,64 Т

Результаты рентгенофазового анализа хорошо согласуются с данными микроструктурного анализа и подтверждают образование в системе Л§2ОеБ3-8Ь283 области твердых растворов на основе исходных компонентов. Дифракционные рефлексы сплавов, содержащие 100-97 и 0-10 мол. % Л§20еБ3 идентичны с дифрактограммами Л§20еБ3 и 8Ь2Б3. Изучение микроструктуры показало, что сплавы, содержащие 0-10 и 97-100 мол. % Л§20еБ3 однофазные, 10-97 мол. % Л§20еБ3 - двухфазные.

С увеличением температуры образование твердых растворов на основе 8Ь2Б3 достигает 12 мол. % Л§20еБ3 при эвтектической температуре. Установлено, что сплавы составов 0-10 и 97-100 мол. % Л§20еБ3 являются твердыми растворами. Твердые растворы на основе 8Ь2Б3 кристаллизуются в ромбической сингонии. С увеличением содержания Л§20еБ3 параметр ромбической решетки увеличивается по сравнению с чистым 8Ь2Б3 (табл. 2).

Т а б л и ц а 2

Металлографические и некоторые физико-химические свойства твердых растворов (Sb2S3)1_х(Ag2GeS3)х

Состав, Ag2GeS3 мол. % Параметры решетки, А V, А3 Сингония

а Ь с

0,0 11,20 11,28 3,83 483,87 ромбическая

2,0 11,25 11,31 3,90 496,22 ромбическая

4,0 11,29 11,33 3,92 501,48 ромбическая

6,0 11,34 11,36 3,93 506,27 ромбическая

8,0 11,41 11,40 3,95 513,79 ромбическая

10 11,46 11,43 3,97 519,57 ромбическая

Образование областей растворимости на основе Л§20е83 и 8Ь283 подтверждается данными измерения микротвердости (рис. 1). Для сплавов получено два ряда значении (425^430; 720^670 мПа).

ДдгОеБз 20 40 60 80 Б^вз

то!

Рис. 1. Зависимость микротвердости от состава сплавов системы Ag2GeSз-Sb2Sз

На основе полученных результатов физико-химического анализа построена фазовая диаграмма разреза Ag2GeS3-Sb2S3 квазитройной системы Ag2S-GeS2-Sb2Sз (рис. 2).

-► Б^Бз

Рис. 2. Фазовая диаграмма системы Ag2GeS3-Sb2S3

Как видно из рис. 2, система Ag2GeS3-Sb2S3 является квазибинарным сечением тройной системы Ag2S-GeS2-Sb2S3 и относится к эвтектическому типу. Координаты эвтектической точки: 60 мол. % Ag2GeS3 при 750 К. Состав эвтектической смеси определен построением треугольника Таммана.

Ликвидус системы состоит из двух ветвей первичной кристаллизации: е и х, которые пересекаются в эвтектической точке.

Монокристаллы твердых растворов (Sb2S3)l-x(Ag2GeS3)x были получены методом Бриджман-Стокбаргера (табл. 3).

Т а б л и ц а 3

Оптимальный режим выращивания монокристаллов твердых растворов

на основе 8Ь283

Состав Т1-Т2, К Масса монокристаллов, г

(SЬ2Sз)0,997-(Лg2GeS3)0,003 700-800 6,5

(Sb2Sз)0,995-(Ag2GeSз)0,005 700-800 6,6

(SЬ2Sз)0,993—(Лg2GeS3)0,007 700-800 6,7

Для выращивания монокристалла (Sb2S3)1-x(Ag2GeS3)x предварительно синтезировали поликристаллические сплавы 3-5 г, затем измельчали и переносили в ампулу. Скорость перемещения фронта кристаллизации составила 3-5 мм/ч, в зоне кристаллизации градиент температуры 0,1-0,4 мм/ч. Таким образом, были получены однородные монокристаллические образцы (Sb2S3)1-x(Ag2GeS3)x длиной 20-30 мм и диаметром 15-20 мм, пригодные для дальнейших исследовании.

Заключение

1. Методами физико-химического анализа (РФА, ДТА, МСА) впервые изучена и построена фазовая диаграмма системы Ag2GeS3-Sb2S3. Установлено, что система является квазибинарным сечением квазитройной системы Ag2S-GeS2-Sb2S3 и относится к эвтектическому типу.

2. В системе Ag2GeS3-Sb2S3 обнаружено образование твердых растворов на основе исходных компонентов. Растворимость на основе тиогерма-ната серебра при комнатной температуре достигает 3 мол. % Sb2S3, а на основе Sb2S3 - 10 мол. % Ag2GeS3.

Литература

1. Бабанлы М.Б., Юсибов Ю.А., Абишев В.Т. Трехкомпонентные халькогениды на ос-

нове меди и серебра. Баку : Изд-во БГУ, 1993. 342 с.

2. Berger L.I. Semiconductor materials. CRC Press, 1996. 493 p.

3. Jin X., Zhang L., Jiang G., Liu W., Zhu C. High open-circuit voltage of ternary Cu2GeS3

thin film solar cells from combustion synthesized Cu-Ge alloy // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2017. Vol. 160. Р. 319-327

4. Nagel A., Range K.J. Verbindungsbildung im System Ag2S-GeS2-AgI // Z. Naturforsch.

1978. Bd. 33. P. 1461-1464.

5. Parasyuk O.V., Piskach L.V., Romanyuk Y.E., Olekseyuk I.D., Zaremba V.I., Pekhnyo V.I.

Phase Relations in the Quasi-Binary Cu2GeS3-ZnS and Quasi-Ternary Cu2S-Zn(Cd)S-GeS2 Systems and Crystal Structure of Cu2ZnGeS4 // J. Alloys Compd. 2005. Vol. 397. P. 85-94.

6. Parasyuk O.V., Gulay L.D., Piskach L.V., Gagalovska O.P. The Ag2S-HgS-GeS2 System

at 670 K and the Crystal Structure of the Ag2HgGeS4 Compound // J. Alloys Compd. 2002. Vol. 336. P. 213-217.

7. Parasyuk O.V., Fedorchuk A.O., Kogut Y.M., Piskach L.V., Olekseyuk I.D. The Ag2S-

ZnS-GeS2 System: Phase Diagram, Glass-Formation Region and Crystal Structure of Ag2ZnGeS4 // J. Alloys Compd. 2010. Vol. 500. P. 26-29.

8. Kogut Y., Fedorchuk A., Zhbankov O., Romanyuk Y., Kityk I., Piskach L., Parasyuk O.

Isothermal section of the Ag2S-PbS-GeS2 system at 300 K and the crystal structure of Ag2PbGeS4 // J. Alloys Compd. 2011. Vol. 509. P. 4264-4267.

9. Petkov K., Todorov R., Kozhuharova D., Tichy L., Cernoskova E., Ewen P.J.S. Changes

in the physicochemical and optical properties of chalcogenide thin films from the system As-S and As-S-Tl // J. Mat. Sci. 2004. Vol. 39. Р. 961-968.

10. Al-Ghamdi A.A. Optical band gap and optical constant in amorphous Se96-xTe4Agx thin films // Vacuum. 2006. Vol. 80 (5). P. 400-405.

11. Bindu K., Campos J., Nair M.T.S., Sanchez A., Nair P.K. Semiconducting AgSbSe2 thin film and its application in a photovoltaic structure // Semicond. Sci. Technol. 2005. Vol. 20 (6). P. 496-504.

12. Caricato A.P., De Sario M., Fernandez M., Ferrari M., Leggieri G., Luches A., Martino M., Montagna M., Prudenzano F., Jha A. Chalcogenide glass thin film waveguides deposited by excimer laser ablation // Appl. Surf. Sci. 2001. Vol. 632. P. 208-209.

13. Marquez E., Bernal-Oliva A.M., Gonzales-Leal J.M., Pietro-Alcon R., Wagner T. Optical properties and structure of amorphous (As0.33S0.67)100-xTex and GexSb40-xSx0 chal-cogenide semiconducting alloy films deposited by vacuum thermal evaporation // J. Phys. D: Appl. Phys. 2006. Vol. 39. P. 1793.

14. El Mandouh Z.S., Salama S.N. Some physical properties of evaporated thin films of antimony trisulfide // J. Mat. Sci. 1990. Vol. 25. P. 1715.

15. Lu Q., Zeng H., Wang Z., Cao X., Zhang L. Design of Sb2S3 nanorod-bundles: imperfect oriented attachment // Nanotechnology. 2006. Vol. 17. P. 2098.

16. Самсонов Г.В., Дроздова С.В. Сульфиды. М. : Металлургия, 1972. 304 с.

17. Bakhtiyarly I.B., Azhdarova D.S., Mamedov Sh.G. Pb-Sb-S ternary system // Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2013.Vol. 58 (6). P. 728-733.

18. Угай Я. А. Введение в химию полупроводников. М. : Высшая школа, 1975. 302 с.

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

19. KoxaH О. П. Взаeмодiя в системах Ag2X-BIVX2 (BIV - Si, Ge, Sn; X - S, Se) i власти-вост сполук : автореф. дис. ... канд. xiM. наук. Ужгород, 1996. 21 с.

20. Bayliss P., Nowaski W. Refinement of the structure of stibnite Sb2S3 // Z. Kristallogr. 1972. Vol. 135 (2). P. 308-315.

21. Пополитов В.И. Кристаллизация Sb2S3 в гидротермальных условиях // Кристаллография. 1968. Т. 14, № 2. С. 545-548.

22. Aliev O.M., Asadov M.M., Azhdarova D.S., Mamedov Sh.G., Ragimova V.M. Polyther-mal Section FeSb2S4-FeSm2S4 of the FeS-Sb2S3-Sm2S3 System // Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2018. Vol. 63 (6). P. 833-836.

23. Aliyev O.M., Ajdarova D.S., Agayeva R.M., Maksudova T.F., Mamedov Sh.H. Phase Relations along the Cu2S (Sb2S3, PbSb2S4, Pb5Sb4S11)-PbCuSbS3 Joins in the Pseudoternary System Cu2S-PbS-Sb2S3 and Physical Properties of (Sb2S3)1-x (PbCuSbS3)x Solid Solution s// Inorganic Materials. 2018. Vol. 54 (12). P. 1199-1204.

24. Жбанков О., Парасюк О., Федорчук А., Парасюк О., Федорчук А. Криетапчт струк-тури сполук Ag2SiS3, Ag10Ge3Sn та Ag2SnS3 // Л^всью xiмiчнi читання : тезис доп. Л., 2007.

25. Parasyuk O.V., Piskach L.V., Olekseyuk I.D., Pekhnyo V.I. The quasi-ternary system Ag2S-CdS-GeS2 and the crystal structure of Ag2CdGeS4 // J. Alloys Compd. 2005. Vol. 397 (1-2). P. 95-98.

26. Kawaguchi T. Photoinduced surface deposition of Ag on Ag-rich Ag-Ge-S films: Optimal Ag content and film thickness for applications in optical recording devices // Appl. Phys. Lett. 1998. Vol. 72. P. 161-163.

27. Олексеюк И.Д., Когут Ю.М., Федорчук А.О. Система Ag2S-GeS2 та криматчна структура Ag2GeS3 // Наук. вюник Волинського нац. ун-ту iм. Лесi Украшки. 2010. Т. 16. С. 25-33.

28. Moh G. Ore syntheses, phase equilibria studies and applications // N. Jb. Miner. Abh. 1980. Vol. 139. P. 113-154.

29. Салаева З.Ю., Мовсум-заде А.А., Багиров А.И., Скоропанов А.С. Тройная система Ag2S-GeS2-S // Известия АН СССР. Неорганические материалы. 1988. Т. 33, № 5. С. 1262-1267.

30. Мовсумзаде A.A., Салаева З.Ю., Аллазов М.Р. Тройная система Ag-Ge-S // Журнал неорганической химии. 1989. Т. 34, № 9. С. 2324-2330.

31. Chbani N., Cai X., Loireau-Lozac'h A. M., Guittard M. Ternaire argent-germanium-sulfure. Quasibinaire disulfure de germanium - sulfure d'argent. Conductivite electrique du verre le plus riche en argent // Mater. Res. Bul. 1992. Vol. 27, № 11. P. 1355-1361.

Информация об авторах:

Мамедов Шарафат Гаджиага оглы, доктор PhD по химии, доцент, Институт катализа и неорганической химии им. академика М. Нагиева Национальной Академии наук Азербайджана (Баку, Азербайджан). E-mail: [email protected]

Исмаилова Рена Авазага, кандидат химических наук, Азербайджанская государственная нефтяная академия (Баку, Азербайджан).

Аждарова Дильбар Самед, доктор химических наук, Институт катализа и неорганической химии им. академика М. Нагиева Национальной Академии наук Азербайджана (Баку, Азербайджан). E-mail: [email protected]

Tomsk State University Journal of Chemistry, 2021, 23, 30-39. DOI: 10.17223/24135542/23/3 Sh.H. Mammadov1, R.A. Ismailova2, D.S. Azhdarova1

1 Academician M. Nagiyev Institute of Catalysis and Inorganic Chemistry of NAS of Azerbaijan (Baku, Azerbaijan) 2Azerbaijan State University of Oil and Industry (Baku, Azerbaijan)

Study of alloys of the Ag2GeS3-Sb2S3 system

Sulfides of copper and silver with the element germanium attract the attention of researchers in connection with the possibility of their use as functional materials. In recent years, a large number of studies have been devoted to the physical properties of AVBVI chalcogenides, due to their widespread use in optoelectronic devices. Therefore, our study is devoted to the study of the chemical interaction in the Ag2GeS3-Sb2S3 system and the construction of the phase diagram.

Alloys for studying the Ag2GeS3-Sb2S3 system were synthesized from master alloys. The Ag2GeS3 and Sb2S3 ligatures were synthesized from elementary components with a purity of at least 99.999% in evacuated quartz ampoules in a single-zone furnace at temperatures of 1100 and 825 K. 3 hours. Using the methods of differential thermal (DTA), X-ray phase (XRD), microstructural analysis (MSA), as well as measurements of microhardness and density, phase equilibria in the Ag2GeS3-Sb2S3 system were studied.

Based on the results of the study, a state diagram of the Ag2GeS3-Sb2S3 system was constructed. It was found that the Ag2GeS3-Sb2S3 system is a quasi-binary section of the Ag2S-GeS2-Sb2S3 quasi-ternary system and belongs to the eutectic type. Solubility based on Sb2S3 at room temperature reaches 10 mol.% Ag2GeS3 ф-phase), and on the basis of silver thiogermanate Ag2GeS3 - 3 mol.%. Sb£3. Solid solutions based on Sb2S3 crystallize in the rhombic system and with an increase in the concentration of silver thiogermanate, the parameters of the crystal lattice increase.

Keywords: Ag2GeS3-Sb2S3, phase diagram, system, eutectic, solid solution, X-ray analysis

References

1. Babanly M.B., Yusibov Yu.A., Abishev V.T. Three-component chalcogenides based on

copper and silver. Baku : Publishing House of BSU, 1993. 342 р.

2. Berger L.I. Semiconductor materials. CRC Press, 1996. 493 p.

3. Jin X., Zhang L., Jiang G., Liu W., Zhu C. High open-circuit voltage of ternary Cu2GeS3

thin film solar cells from combustion synthesized Cu-Ge alloy // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2017. V. 160. Р. 319-327.

4. Nagel A., Range K.J. Verbindungsbildung im System Ag2S-GeS2-AgI // Z. Naturforsch.

1978. Bd. 33. P. 1461-1464.

5. Parasyuk O.V., Piskach L.V., Romanyuk Y.E., Olekseyuk I.D., Zaremba V.I., Pekhnyo V.I.

Phase Relations in the Quasi-Binary Cu2GeS3-ZnS and Quasi-Ternary Cu2S-Zn(Cd)S-GeS2 Systems and Crystal Structure of Cu2ZnGeS4 // J. Alloys Compd. 2005. V. 397. P. 85-94.

6. Parasyuk O.V., Gulay L.D., Piskach L.V., Gagalovska O.P. The Ag2S-HgS-GeS2 System

at 670 K and the Crystal Structure of the Ag2HgGeS4 Compound // J. Alloys Compd. 2002. V. 336. P. 213-217.

7. Parasyuk O.V., Fedorchuk A.O., Kogut Y.M., Piskach L.V., Olekseyuk I.D. The Ag2S-

ZnS-GeS2 System: Phase Diagram, Glass-Formation Region and Crystal Structure of Ag2ZnGeS4 // J. Alloys Compd. 2010. V. 500. P. 26-29.

8. Kogut Y., Fedorchuk A., Zhbankov O., Romanyuk Y., Kityk I., Piskach L., Parasyuk O.

Isothermal section of the Ag2S-PbS-GeS2 system at 300 K and the crystal structure of Ag2PbGeS4 // J. Alloys Compd. 2011. V. 509. P. 4264-4267.

9. Petkov K., Todorov R., Kozhuharova D., Tichy L., Cernoskova E., Ewen P.J.S. Changes in

the physicochemical and optical properties of chalcogenide thin films from the system As-S and As-S-Tl // J. Mat. Sci. 2004. V. 39. P. 961-968.

10. Al-Ghamdi A.A. Optical band gap and optical constant in amorphous Se96-xTe4Agx thin films // Vacuum. 2006. V. 80 (5). P. 400-405.

11. Bindu K., Campos J., Nair M.T.S., Sanchez A., Nair P.K. Semiconducting AgSbSe2 thin film and its application in a photovoltaic structure // Semicond. Sci. Technol. 2005. V. 20 (6). P. 496-504.

12. A.P. Caricato, M. De Sario, M. Fernandez, M. Ferrari, G. Leggieri, A. Luches, M. Martino, M. Montagna, F. Prudenzano, A. Jha. Chalcogenide glass thin film waveguides deposited by excimer laser ablation// Appl. Surf. Sci. 2001. 632. P.208-209.

13. E. Marquez., A.M. Bernal-Oliva., J.M. Gonzales-Leal., R. Pietro-Alcon., T. Wagner. Optical properties and structure of amorphous (As0.33S0.67)100-xTex and GexSb40-xSx0 chalcogenide semiconducting alloy films deposited by vacuum thermal evaporation // J. Phys. D: Appl. Phys. 2006. 39. P.1793.

14. Z.S. El Mandouh, S.N. Salama. Some physical properties of evaporated thin films of antimony trisulfide// J. Mat. Sci. 1990. 25. P.1715.

15. Q. Lu., H. Zeng., Z. Wang., X. Cao., L. Zhang. Design of Sb2S3 nanorod-bundles: imperfect oriented attachment// Nanotechnology. 2006.17. P.2098

16. Samsonov G.V., Drozdova S.V. Sulfides. M. : Metallurgy, 1972. 304 p.

17. Bakhtiyarly I.B., Azhdarova D.S., Mamedov Sh.G. Pb-Sb-S ternary system // Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2013.V. 58 (6). P. 728-733.

18. Ugai Ya.A. Introduction to Semiconductor Chemistry. M. : Higher school, 1975. 302 p.

19. Kohan O.P. Interaction in the systems Ag2X-BIVX2 (BIV - Si, Ge, Sn; X - S, Se) and power spoluks : author. dis. ... cand. him. Sciences : 02.00.01. Uzhgorod, 1996. 21 p.

20. Bayliss P., Nowaski W. Refinement of the structure of stibnite Sb2S3 // Z. Kristallogr. 1972. V. 135 (2). P. 308-315.

21. Popolitov V.I. Hydrothermal crystallization of Sb2S3 // Kristallografiya. 1968. V. 14 (2). P. 545-548.

22. Aliev O M., Asadov M M., Azhdarova D S., Mamedov Sh G., Ragimova V M. Polyther-mal Section FeSb2S4-FeSm2S4 of the FeS-Sb2S3-Sm2S3 System// Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2018. V. 63 (6). P. 833-836.

23. Aliyev O.M., Ajdarova D.S., Agayeva R.M., Maksudova T.F., Mamedov Sh.H. Phase Relations along the Cu2S (Sb2S3, PbSb2S4, Pb5Sb4S11)-PbCuSbS3 Joins in the Pseudoternary System Cu2S-PbS-Sb2S3 and Physical Properties of (Sb2S3)1-x (PbCuSbS3)x Solid Solution s// Inorganic Materials. 2018. V. 54 (12). P. 1199-1204.

24. Zhbankov O., Parasyuk O., Fedorchuk A., Parasyuk O., Fedorchuk A. Crystalline structures with Ag2SiS3, Ag10Ge3S11 and Ag2SnS3 // Lviv Chemistry Reading. 2007. Thesis add. L. 2007.H43.

25. Parasyuk O.V., Piskach L.V., Olekseyuk I.D., Pekhnyo V.I. The quasi-ternary system Ag2S-CdS-GeS2 and the crystal structure of Ag2CdGeS4 // J. Alloys Compd. 2005. V. 397 (1-2). P. 95-98.

26. Kawaguchi T. Photoinduced surface deposition of Ag on Ag-rich Ag-Ge-S films: Optimal Ag content and film thickness for applications in optical recording devices // Appl. Phys. Lett. 1998. V. 72. P. 161-163.

27. Olekseyuk I.D., Kogut Yu.M., Fedorchuk A.O. Ag2S-GeS2 system and crystal structure Ag2GeS3 // Nauk. visnik of Volinsky nat. un-tu im. Lesi Ukrainka. 2010. V. 16. P. 25-33.

28. Moh G. Ore syntheses, phase equilibria studies and applications // N. Jb. Miner. Abh. 1980. V. 139. P. 113-154.

29. Salaeva Z.Yu., Movsum-zade A.A., Bagirov A.I., Skoropanov A.S. Ternary system Ag2S-GeS2-S // Izv. Academy of Sciences of the USSR. Inorgan. materials. 1988. V. 33, № 5. P. 1262-1267.

30. Movsumzade A.A., Salaeva Z.Yu., Allazov M.R. Ternary system Ag-Ge-S // Zh. inorgan. Chemistry. 1989. V. 34, № 9. P. 2324-2330.

31. Chbani N., Cai X., Loireau-Lozac'h A.M., Guittard M. Ternaire argent-germanium-sulfure. Quasibinaire disulfure de germanium - sulfure d'argent. Conductivite electrique du verre le plus riche en argent // Mater. Res. Bul. 1992. V. 27, № 11. P. 1355-1361.

Information about the authors:

Mammadov Sharafat Gadzhiaga, PhD in Chemistry, Associate Professor, Institute of Catalysis and Inorganic Chemistry Academician M.F. Nagiyev National Academy of Sciences of Azerbaijan (Baku, Azerbaijan). E-mail: [email protected]

Ismailova Rena Avazaga, PhD in Chemistry, Azerbaijan State Oil Academy (Baku, Azerbaijan). Azhdarova Dilbar Samed, Doctor of Chemical Sciences, Institute of Catalysis and Inorganic Chemistry named after Academician M. Nagiyev of the National Academy of Sciences of Azerbaijan (Baku, Azerbaijan). E-mail: [email protected]

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.