Стеклообразование в тройной системе Ho-As-Se

Ильяслы Теймур Мамед оглы,

доктор химических наук, профессор, научный руководитель,

Садыгов Фуад Микаил оглы,

доктор химических наук, профессор, научный руководитель,

Насибова Лала Элгиз гызы,

аспирант.

Бакинский государственный университет.

Методами физико-химического анализа изучен характер стеклообразования и определены ее границы в тройной системе Ho-As-Se по различным квази- и неквазибинарным разрезам. Изучены некоторые макроскопические свойства стекол.

Известно, что аморфные и стеклообразные полупроводники, в частности, стекла на основе халькогенидов мышьяка, являющиеся перспективными фоточувствительными материалами, нашли широкое применение в технике [Абрикосов Н.Х., Ильяслы Т.М., Ильяслы Т.М.].

В данной работе приведены результаты комплексного исследования системы Ho-As-Se методами ФХА.

Синтез сплавов проводили ампульным методом в двухтемпературной вращающейся печи из элементов марок: гольмий- Гол-1, мышьяк и селен В-5. Для синтеза кварцевые ампулы эвакуировали до остаточного давления 0,1Па. В некоторых случаях внутреннюю поверхность ампул покрывали графитовым слоем для предотвращения взаимодействия с кварцем. Режим синтеза составлял 850-1250К в течение 6-8ч. с последующим охлаждением в режиме выключенной печи. В некоторых случаях при синтезе исследуемых образцов использовали предварительно синтезированные и идентифицированные лигатуры As₂Se₃, HoSe, Ho₂Se₃, AsSe.

Исследования сплавов проводили методами ДТА (фоторегистрирующий пирометр НТР-73), ВДТА (пирометр ВТА-987), порошковые рентгенограммы снимали на дифрактометре ДРОН-2,0 (CuK_a-излучение), микротвердость измеряли на микротвердомере ПМТ-3. Методика методов подробно описана в [Дембовский С.А., Рустамов Г.П.].

Результаты и их обсуждение

Для установления границ стеклообразования в тройной системе Ho-As-Se были изучены 6 разрезов и выборочные тройные сплавы вблизи селена.

Разрез As₂Se₃-Ho₂Se₃ [Садыгов Ф.М.] квазибинарный с образованием инконгруэнтно плавящегося при 1375К соединения состава HoAsSe₃. Эвтектика между As₂Se₃ и HoAsSe₃ образуется при 575К и 11 мол%Ho₂Se₃. Область стекла со стороны As₂Se₃ достигает 13 мол%, растворимость при 300К – 0,5 мол%, а при 675 -4 мол% Ho₂Se₃.

 Разрез As₂Se₃-Ho₃Se₄ квазибинарный. Фазовая диаграмма имеет эвтек­тический тип. Эвтектика кристаллизуется при 550К и 15 мол%Ho₃Se₄. Растворимость на основе As₂Se₃ при 300К достигает 3 мол%Ho₃Se₄. С повышением температуры растворимость увеличивается и при 550К достигает 8 мол% Ho₃Se₄. На основе As₂Se₃ обнаружено стеклообразование до 12 мол%.

Разрез As₂Se₃-HoSe [Babanly M.B.] квазибинарный. Эвтектика между As₂Se₃ и HoSe кристалли­зуется при 570К и 10 мол%. Растворимость на основе As₂Se₃ составляет 3 мол% при 300К и 6 мол% при температуре эвтектики (рис.1).

Разрез AsSe-HoSe (рис.2.) квазибинарный эвтектического типа с коор­динатами эвтектики 500К и 92 мол%AsSe. Растворимость на основе AsSe достигает 2 мол% при комнатной температуре, с увеличением температуры она увеличивается и при температуре эвтектики доходит до 5 мол%. Стеклообразование на основе AsSe доходит до 10 мол%HoAs.

Разрез AsSe-HoAs –квазибинарный. Фазовая диаграмма имеет эвтекти­чес­кий тип с координатами эвтектики 90 мол% AsSe и 500К.

Растворимость на основе AsSe достигает 2 мол% при 300К и 5 мол% при температуре эвтектики. Область стекла достигает 9 мол% HoAs.

Рис. 1. Микродиаграмма разреза As₂Se₃-HoSe.

Рис. 2. Микродиаграмма разреза AsSe-HoSe.

Разрез As₂Se₃-HoAs (рис.3) неквазибинарный и пересекает три подчиненные тройные системы Ho-AsSe-HoSe, HoAs-AsSe-HoSe и HoSe-As₂Se₃-Se. При 300К обна­ру­жена растворимость 3 мол%As₂Se₃. Область стекла со стороны As₂Se₃ доходит до 8 мол%.

Рис. 3. Микродиаграмма разреза AsSe-Ho.

По результатам ФХА определена область стеклообразования в тройной системе Ho-As-Se по перечисленным разрезам. Исходя из полученных резу­ль­татов и используя литературные данные по бинарным системам, нами очерчены границы области стеклообразования в указанной системе. Установлено, что область стеклообразования примыкает к двойной системе As-Se. Результаты исследования показали, что во всех изученных разрезах макроскопические свойства (T_g, Т_к, d, H_m) увеличиваются с ростом концентрации элементарного гольмия и его селенидов (рис.1-3, табл.1).

Область стеклообразования в тройной системе при комнатной температуре составляет 4,4; при закалке на воздухе 6,3, а при закалке в воду 11,4 вес% от общей площади треугольника (рис.4).

Таблица 1.

Некоторые физико-химические свойства стекол системы Ho-As-Se.

Примечание: T_g- температура размягчения, T_kр- температура кристаллизации, T_пл - температура плавления, H_µ - микротвердость, d - пикнометрическая плотность.

Рис. 4. Границы областей стеклообразования в системе Ho-As-Se при двух режимах закалки:

1- закалка на воздухе; 2- закалка в воду.

Увеличение изученных значений позволяет утверждать, что в стеклах образуются новые сложные структурные единицы помимо AsSe_3/2. При­мер­ный состав структурной единицы можно представить следующим образом:

т.е. можно предположить, что тригональные структурные единицы AsSe_3/2 постепенно переходят в тетраэдрические HoAsSe_8/2.

Литература

1.                  Абрикосов Н.Х., Банкина В.Ф., Порецкая Я.В. Полупроводниковые халькогениды и сплавы на их основе. М.: Наука, 1975, 220с.

2.                  Ильяслы Т.М., Садыгов Ф.М., Насибова Л.Э. Проекция поверхности ликвидуса системы / Материалы кон. «Актуальные проблемы биологии, химии, физики», Новосибирск, 2011, 182с.

3.                  Ильяслы Т.М., Садыгов Ф.М., Насибова Л.Э. Характер химического взаимодействия в системах As₂Se₃(Sb₂Se₃)-HoSe(HoAs). / ЖНП «Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук», 2009, №10, с.25-29.

4.                  Дембовский С.А. Сопоставление свойств халькогенидных соединений – стеклообразователей // Изв.АН СССР. Неорган.материалы, 1969, №3, с.463-467.

5.                  Рустамов Г.П., Гамидов Р.С., Ильясов Т.М., Садыгов Ф.М., Рустамов П.Г. Проекция поверхности ликвидуса тройной системы Nd-As-Se // ЖНХ, 1992 т.37, №4, с.909-912.

6.                  Садыгов Ф.М., Ильяслы Т.М., Насибова Л.Э. Фазовые равновесия в системе Ho-Sb-Se // Ж.Современные проблемы науки и образования, 2011, №6, с.5-7.

7.                  Babanly M.B., Ilyasly T.M., Veliyeva G.M. Thermodynamic investigation of the systems As-Se and Tl-As-Se in glass and crystal states by EMF method / XVII Inter. conf. on chemical thermodynamic in Russia, Kazan, 2009, v.2, p.405.

Поступила в редакцию 16.04.2012 г.