Тріангуляція системи Cu-Sn-Se

Abstract

Резюме. Купрум-вмісні сполуки проявляють різноманітні властивості, серед яких термоелектричні, фотоелектричні, оптичні магнітні, суперіонні, надпровідні та ін. [1-5], що визначає область їх практичного застосування. Останні роки активно проводяться дослідження складних селенідів купруму [1, 2] як перспективних термоелектричних (ТЕ) матеріалів, що зумовлено їх перевагою над традиційними ТЕ матеріалами. Подібно до бінарного Cu2Se [6, 7] тернарні селеніди володіють низькою фононною теплопровідністю та високою електропровідністю і термоелектричною добротністю. Зазвичай дані купрум-вмісні сполуки відносяться до провідників р-типу та кристалізуються у чотирьох основних структурних типах, серед яких варто виокремити фази з алмазоподібною структурою [1, 2]. Тетраедрична координація є характерною не лише для атому купруму але і для інших елементів, що зумовлює значну варіативність можливих складів [8]. Літературні дані вказують на існування у потрійній системі Cu–Sn–Se двох сполук з алмазоподібною структурою – Cu2SnSe3 та Cu2SnSe4 [9-13]. Однак, однозначно підтверджено існування лише сполуки Cu2SnSe3. Даних щодо дослідження фізикохімічної взаємодії у системі Cu–Sn–Se у всьому концентраційному інтервалі не знайдено. Автори [9, 10] вказують на квазібінарність перерізів Cu2Se–SnSe, Cu2Se– SnSe2, Cu2SnSe3–SnSe та Cu2SnSe3–Se. У роботі [14], в якій обмежилися концентраційним інтервалом Cu-Sn-SnSeCu2SnSe3-Cu2Se-Cu, підтверджено квазібінарність перерізів Cu2Se–SnSe(SnSe2), Cu2SnSe3–SnSe та встановлено часткову квазіподвійність Cu2Se–Cu3Sn, SnSe-Cu3Sn та SnSe–Cu6Sn5. Область системи Cu-Sn-Se збагачена селеном є слабо вивченою, а обмежені літературні дані суперечливі. Так згідно [12, 13] у селеновому куту системи наявна сполука Cu2SnSe4 із перспективними властивостями, у [10] вказується на простий евтектичний тип взаємодії у системі Cu2SnSe3–Se, що виключає існування фази Cu2SnSe4. Таким чином, за результатом аналізу літературних даних однозначним можна вважати квазібінарність перерізів Cu2Se–SnSe, Cu2Se–SnSe2 та існування фази Cu2SnSe3. Зважаючи на вищенаведене, детальне дослідження системи Cu–Sn–Se є актуальним.

Abstract. Copper-containing compounds exhibit a wide range of properties, including thermoelectric, photoelectric, optical magnetic, superionic, superconducting, etc., which determines the areas of their practical use. In recent years, studies of complex copper selenides as promising thermoelectric (TE) materials have been actively carried out due to their advantages over traditional TE materials. Like binary Cu2Se, ternary selenides have low phonon thermal conductivity and high electrical conductivity and thermoelectric quality factor. Typically, copper-containing compounds belong to the p-type conductors and crystallize in four main structural types, among which phases with a diamond-like structure should be distinguished. Data on the nature of physicochemical interaction in the Cu – Sn – Se system are limited and contradictory. In view of this, it is important to carry out the triangulation of the ternary system Cu–Sn–Se, which is the first stage of the study of multicomponent systems. The investigated alloys of the Cu – Sn – Se system were obtained by fusing elementary components of high purity in vacuum quartz ampoules. The obtained alloys were investigated using Xray powder diffraction (XRD) and differential thermal (DTA) analyzes. At the temperature of homogenizing annealing (170 ° С) there are seven binary Cu2Se, CuSe, CuSe2, Cu6Sn5, Cu3Sn, SnSe, SnSe2 and one ternary phase Cu2SnSe3 stable in the Cu – Sn – Se ternary system. The existence of the ternary phase of Cu2SnSe4 has not been confirmed, because the alloy corresponding to its stoichiometric composition is a mixture of Cu2SnSe3 and Se. To establish quasibinary sections of the Cu – Sn – Se system were performed the synthesis and phase analysis of only the significant points in the most informative areas. This ensures the establishment of the nature of the maximum number of quasibinary sections with a minimum number of syntheses. According to the results of phase analysis in combination with the literature data the triangulation of the Cu – Sn – Se system was carried out at 170 ° С. The quasibinarity of the Cu2Se – SnSe, Cu2Se – SnSe2, Cu2SnSe3 – Se, Cu2SnSe3 – SnSe, Cu6Sn5 – SnSe, Cu3Sn – SnSe, and Cu3Sn – Cu2Se sections was confirmed, and the quasibinarity of the Cu3Sn – Cu2Se was established at first.