ВЗАЄМОДІЯ ПО ПЕРЕРІЗАХ Cu(Ag)7PS6 – Cu(Ag)8Ge(Sn)S6
DOI:
https://doi.org/10.32782/pcsd-2022-4-1Ключові слова:
рентгенофазовий аналіз, диференційно-термічний аналіз, граничний твердий розчин, евтектична точкаАнотація
Взаємодію по перерізах Cu(Ag)8Ge(Sn)S6 – Cu(Ag)7PS6 у системах Cu2S – GeS2 – P2S5 та Ag2S – Ge(Sn)S2 – P2S5 досліджено методами РФА, РСА, МСА та ДТА. Переріз Cu8GeS6 – Cu7PS6 при 300 К є квазібінарним і характеризується значними твердими розчинами: до 30 мол. % включно на основі HT-модифікації Cu7PS6 та від ∼9 до 32 мол. % Cu7PS6 – ВТМ обох сполук. Розчинність на основі НТМ Cu8GeS6 сягає не більше 5 мол. %. Однак в повному досліджуваному температурному інтервалі переріз не є квазібінарною системою через перитектичний характер плавлення обох вихідних сполук. Спочатку в межах 0-70 мол. % Cu7PS6 кристалізуються з розплаву тверді розчини ВTM-Cu2S; далі процес кристалізації продовжується в певному температурному діапазоні реакцією формування однофазної області твердих розчинів Cu8‑xGe1-xPxS6 кубічної структури (ПГ F43m) ВТМ з обох купрумовмісних арґіродитів. Двофазними при кімнатній температурі є області: 5-9 мол. % Cu7PS6 (ПГ Pna21 + ПГ F43m) та 32-69 мол. % Cu7PS6 (ПГ P213 + ПГ F43m). Системи Ag8Ge(Sn)S6 – Ag7PS6 є квазібінарними перерізами відповідних квазіпотрійних систем Ag2S – Ge(Sn)S2 – P2S5 і характеризуються повною взаємною розчинністю компонентів як у рідкому стані так і в твер- дому між високотемпературними кристалічними модифікаціями цих сполук (Ag8‑xGe(Sn)1-xPxS6) – ґерманієв- місна відноситься до I типу за Розебомом, станумовмісна до III типу за Розебомом з мінімум при ∼65 мол. % Ag7PS6. В підсолідусній області при 300 К між однофазними областями знаходяться двофазні області в системі Ag8GeS6 – Ag7PS6 в межах: 25-65 мол. % Ag7PS6 (ПГ Pna21 + ПГ F43m) та 75-85 мол. % Ag7PS6 (ПГ P213 + ПГ F43m), в системі Ag8SnS6 – Ag7PS6 в межах: ∼25-42 мол. % Ag7PS6 (ПГ Pna21 + ПГ F43m) та ∼65-73 мол. % Ag7PS6 (ПГ P213 + ПГ F43m). Утворення твердих розчинів заміщення складів Cu8-xGe1-xPxS6 та Ag8‑xGe(Sn)1-xPxS6 зі зростанням температури розширює значно область високотемпературної кубічної фази (ПГ F43m). Утворення HTМ твердих розчинів на кожному із трьох перерізів значно знижує температуру поліморфного переходу усіх вихідних сполук.
Посилання
Lin S., Li W., Pei Y. Thermally insulative thermoelectric argyrodites. Materials Today. 2021. Vol. 48. P. 198-213. doi: 10.1016/j.mattod.2021.01.007
Semkiv I.V., Ilchuk H., Pawlowski M., Kusnezh V. Ag8SnSe6 argyrodite synthesis and optical properties. Opto-Electronics Review. 2017. Vol. 25. № 1. P. 37-40. doi: 10.1016/j.opelre.2017.04.002
Yijing F., Wang G., Wang R., Zhang B., Shen X., Jiang P., Zhang X., Gu H., Lu X., Zhou X. Enhanced thermoelectric properties of p-type argyrodites Cu8GeS6 through Cu vacancy. Journals of Alloys and Compounds. 2020. № 822. P. 2168-2176. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.153665
Shen X., Xia Y., Yang C. C., Zhang Z., Li S., Tung Y. H., Benton A., Zhang X., Lu X., Wang G., He J., Zhou X. High Thermoelectric Performance in Sulfide‐Type Argyrodites Compound Ag8Sn(S1−xSex)6 Enabled by Ultralow Lattice Thermal Conductivity and Extended Cubic Phase Regime. Advanced Functional Materials. 2020. Vol. 30. № 21. doi: 10.1002/adfm.202000526
Yang C., Luo Y., Xia Y., Fang T., Du Z., Li X., Cui J. Improved Thermoelectric Performance of p-Type Argyrodite Cu8GeSe6 via the Simultaneous Engineering of the Electronic and Phonon Transports. ACS Applied Materials & Interfaces. 2022. Vol. 14. № 14. P. 16330-16337. doi: 10.1021/acsami.2c02625
Chen H.M., Maohua C., Adams S. Stability and ionic mobility in argyrodite-related lithium-ion solid electrolytes. Physical Chemistry Chemical Physics journal. 2015. Vol. 17. P. 16494-16506. doi: 10.1039/ C5CP01841B
Lin Y., Fang S., Su D., Brinkman K.S., Chen F. Enhancing grain boundary ionic conductivity in mixed ionicelectronic conductors. Nature Communications. 2015. Vol. 6. P. 6824. doi: 10.1038/ncomms7824
Khanafer M., Rivet J., Flahaut J. Ềtude du systeme Cu2S – GeS2. Surstructure du compose Cu2GeS3. Transition de phases du compose Cu8GeS6. Bulletin de la Société chimique de France. 1973. Vol. 3. P. 859-862.
Khanafer M., Gorochov O., Rivet J. Etude des proprieties electriques de phases Cu2GeS3, Cu2SnS3, Cu8GeS6 et Cu4SnS4. Materials Research Bulletin. 1974. Vol. 9. Р. 1543-1552. doi: 10.1016/0025-5408(74)90102-0
Зотова Т.В., Карагодин Ю.А. Исследование характера фазового равновесия в тройных системах Сu – Ge(Sn) – S по разрезам Ge(Sn)S2 – Cu2S: сборник научных трудов по проблемам микроэлектроники. Серия технология спецматериалов и интегральных схем. Москва: МИЭТ, 1976. С. 174-181.
Prince A. Silver-germanium-sulfur. Ternary Alloys. 1988. Vol. 2. P. 196-202.
Chbani N., Cai X., Loireau-Lozac'h A.M., Guiltard M. Ternaire argent-germanium-sulfure. Quasibinaire disulfure de germanium-sulfure d’argent. Conductivite electrique du verre le plus riche en argent. Materials Research Bulletin. 1992. Vol. 27. P. 1355-1361. doi: 10.1016/0025-5408(92)90101-5
Wang N., Fan A.K. An experimental study of the Ag2S – SnS2 pseudobinary join. Neues Jahrbuch für Mineralogie-Abhandlungen. 1989. Vol. 160. Р. 33–36.
Кохан О. П. Взаємодія в системах Ag2X–BIVX2 (BIV – Si, Ge, Sn; X – S, Se) і властивості сполук : дис. … канд. хім. наук. 02.00.01. Ужгород, 1996. 21 с.
Andrae H., Blachnik R. Metal sulphidetetraphosphorusdekasulphide phase diagrams. Journals of Alloys and Compounds. 1992. Vol. 189. P. 209–215. doi: 10.1016/0925-8388(92)90709-I
Blachnik R., Wickel U. Phasenbeziehungen im System Ag–As–S und thermochemisches Verhalten von Ag7MX6-Verbindungen (M = P, As, Sb; X = S, Se). Zeitschrift für Naturforschung B. 1980. Vol. 35. Issue 10. P. 1268-1271. doi: 10.1515/znb-1980-1019
Галаговец И.В., Поторий М.В. Получение и свойства сложных полупроводниковых халькогенидов. Киев: УМК ВО, 1991. С. 51–56.
Kuhs W.F., Schulte-Kellinghaus M., Kramer V., Nitsche R. Darstellung und Kristalldaten der isomorphen Kupferthio(seleno)phosphate Cu7PS6 und Cu7PSe6. Zeitschrift für Naturforschung B. 1977. Vol. 32. S. 1100–1101.
Kuhs W.F., Nitsche R., Scheunemann K. The argyrodites – A new family of the tetrahedrally close-packed structures. Materials Research Bulletin. 1979. Vol. 14. Issue 2. P. 241-248. doi: 10.1016/0025-5408(79)90125-9
Blachnik R., Wickel U. Phasenbeziehungen im System Ag–As–S und thermochemisches Verhalten von Ag7MX6-Verbindungen (M = P, As, Sb; X = S, Se). Zeitschrift für Naturforschung B. 1980. Vol. 35. Р. 1268–1271. doi: 10.1515/znb-1980-1019.
Ishii M., Onoda M., Shibata K. Structure and vibrational spectra of argyrodite family compounds Cu8SiX6 (X – S, Se) and Cu8GeS6. Solid State Ionics. 1999. Vol. 121. Р. 11–18. doi: 10.1016/S0167-2738(98)00305-1
Eulenberger G. Die Kristallstruktur der Tieftemperaturmodifikation von Ag8GeS6. Monatshefte für Chemie. 1977. Vol. 108. P.901–913. doi: 10.1007/ BF00898056.
Бабанлы М.Б., Юсибов Ю.А., Абишев В.Т. Трехкомпонентные халькогениды на основе меди и серебра. Баку: БГУ, 1993. 342 с.
Gorochov O. Les composés Ag8MX6 (M = Si, Ge, Sn et X = S, Se, Te). Bulletin de la Société Chimique de France. 1968. Vol. 6. P. 2263–2275.
Wang N. New data for Ag8SnS6 (canfeildite) and Ag8GeS6 (argyrodite). Neues Jahrbuch für Mineralogie-Abhandlungen. 1978. Р. 269–272.
Березнюк О.П., Олексеюк І.Д., Петрусь І.І., Смітюх О.В. Система Ag2S – SnS2 – P2S5. Вісник Одеського національного університету. Серія «Хімія». 2020. Вип. 25. C. 32-44. doi: 10.18524/2304-0947.2020.4(76).216923
Berezniuk О.P., Petrus’ І.I., Olekseyuk І.D., Smitiukh О.V., Zamuruyeva O.V., Nakhod V.V. The Ag2S – GeS2 – P2S5 system at 500 K. Journal of Solid State Chemistry. 2022. Vol. 313. doi: 10.1016/j.jssc.2022.123340
Blachnik R., Gather B., Andrae E. Ternari chalcogenide systems X: The quasiternary system Ag2S – Cu2S – P4S10. Journal of Thermal Analysis. 1991. Vol. 37. P. 1289–1298. doi: 10.1007/ BF0191386
Bagheri S.M., Alverdiyev I.J., Imamaliyeva S.Z., Babanly M.B. The Phase equilibria in the Cu8GeS6 – Cu8GeSe6 System and Thermodynamic Properties of Solid Solutions. Chemistry Journal. 2014. Vol. 4. № 2. P. 26–31.
Alverdiyev I.J., Aliev Z.S., Bagheri S.M., Mashadiyeva L.F., Yusibov Y.A., Babanly M.B. Study of the 2Cu2S+GeSe2↔Cu2Se+GeS2 recip-rocal system and thermodynamic properties of the Cu8GeS6-xSex solid solutions. Journals of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 691. P. 255–262.
Abbasova V.A., Alverdiyev I.J., Rahimoglu E., Mirzoyeva R.J., Babanly M.B. Phase relations in the Cu8GeS6 – Ag8GeS6 system and some properties of solid solutions. Azerbaijan Chemical Journal. 2017. Vol. 2. P. 25–29.
Abbasova V.A., Alverdiyev I.J., Mashadiyeva L.F., Yusibov Y.A., Babanly M.B. Phase relations in the Cu8GeSe6 – Ag8GeSe6 system and some properties of solid solutions. Azerbaijan Chemical Journal. 2017. Vol. 1. P. 30–33.
Bagheri S.M., Alverdiyev İ.C., Babanly M.B. Ag8GeS6 – Ag8GeSe6 sistem in dəfazatarazliqlarivəbərk. Azerbaijan Chemical Journal. 2014. № 3. S. 13–21.
Aliyeva Z.M., Bagheri S.M., Aliev Z.S., Alverdiyev I.J., YusibovYu.A. Babanly M.B. The phase equilibria in the Ag2S – Ag8GeS6 – Ag8SnS6 system. Journals of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 611. P. 395–400. doi: 10.1016/j.jallcom.2014.05.112
Bagheri S.M., Imamaliyeva S.Z., Mashadiyeva L.F., Babanly M.B. Phase equilibria in the Ag8SnS6 – Ag8SnSe6 system. International Journal of Advanced Technology & Science. 2014. Vol. 4. № 2. P. 291–296.
Алиева З.М., Багхери С.М., Алвердиев И.Дж., Юсибов Ю.А., Бабанлы М.Б. Фазовые равновесия в квазитройной системе Ag2Se – Ag8GeSe6 – Ag8SnSe6. Неорганические материалы. 2014. Vol. 50. № 10. С. 1063–1068.
Schwarzmüller S., Souchay D., Günther D., Gocke A., Dovgaliuk I., Miller S.A., Snyder G.J., Oeckler O. Argyrodite-Type Cu8GeSe6-xTex (0 ≤ x ≤ 2): Temperature-Dependent Crystal Structure and Thermoelectric Properties. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 2018. Vol. 644. № 24. P. 1915–1922. doi: 10.1002/zaac.201800453
Ashirov G.M. Phase equilibria in the Ag8SiTe6 – Ag8GeTe6 system. Azerbaijan Chemical Journal. 2022. Vol. 1. P. 89–93. doi: 10.32737/0005-2531-2022-1-89-93
Əmiraslanova A.C., Babanlı K.N., Alverdiyev I.J., Yusibov Y.Ə. Ag8SiS6(Se6) – Ag8SiTe6 sistemlərində faza tarazliqlari: Actual problems of modern nature and economic sciences, Ganja, 6-7 may 2021. Ganja, 2021. P. 27–29.
Piskach L.V., Parasyuk O.V., Olekseyuk I.D. Interaction of argyrodite family compounds with the chalcogenides of II-b elements. Journals of Alloys and Compounds. 2006. Vol. 421. № 1-2. P. 98–104.
