ПРАЦІ НАУКОВОГО ТОВАРИСТВА ім. ШЕВЧЕНКА

Хімічні науки

Архів / Том LXXIII 2023

Орися БЕРЕЗНЮК, Олександр СМІТЮХ, Людмила ПІСКАЧ

Волинський національний університет імені Лесі Українки, проспект Волі,13, 43025 Луцьк, Україна
e-mail: smitiukh.oleksandr@vnu.edu.ua

DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2023.73.045

СИСТЕМА Cu2S–Sb2S3–SnS2

За результатами рентгеноструктурного, мікроструктурного та диференційного аналізу побудовано сім політермічних перерізів, ізотермічний переріз і проєкцію поверхні ліквідусу квазіпотрійної системи Cu2S – Sb2S3 – SnS2. Взаємодії у системі досить складні через інконґруентний тип утворення сполук Sb2SnS5, Cu2Sn4S9 і Cu4SnS4 і утворення твердих розчинів α, β, γ, δ, ε, ζ, η на основі Cu2S, Sb2S3, SnS2, Cu3SbS3, Cu4SnS4, Cu2SnS3, Cu2Sn4S9, відповідно. Три політермічних перерізи цієї системи: Cu3SbS3 – Cu2SnS3, CuSbS2 – Cu2SnS3, Sb2S3 – Cu2SnS3 є квазібінарними та евтектичного типу. Перерізи Cu3SbS3 – Cu4SnS4, Sb2S3 – Cu2Sn4S9 і Sb2SnS5 – Cu2Sn4S9 – квазібінарні лише в підсолідусній області. Побудований ізотермічний переріз за 500 характеризується значними твердими розчинами на основі сполук Cu3SbS3 (>10 мол. %) та Cu2SnS3 (~7-8 мол. %). Між бінарними та тернарними сполуками обмежуючих перерізів виявлено п’ятнадцять двофазових рівноваг, які розділяють площину концентраційного трикутника на сім трифазових полів: α – δ – ε, δ – ε – ζ, CuSbS2 – δ – ζ, β – CuSbS2 – ζ, β – ζ – η, β – η – Sb2SnS5, Sb2SnS5 – η – γ. Проєкція поверхні ліквідусу на концентраційний трикутник описується двадцять однією моноваріантною кривою, п’ятьома подвійними та дев’ятьома потрійними нонваріантними процесами (три перитектичні та шість евтектичних).

Ключові слова: квазібінарна система, евтектика, перитектика, тверді розчини.

Література:

    1. Madelung O., Rössler U., Schulz M. Copper sulfides (Cu2S, Cu(2-x)S) crystal structure, lattice parameters. Landolt-Börnstein – Group III Condensed Matter. Vol. 41C. P. 1–5. (https://doi.org/10.1007/10681727_70).
    2. Riabtsev S.V., Zavrazhnov A.Yu., Berezyn S.S., Rodyvylov S.V., Turyshchev S.Yu., Doma-shevskaia E.P. Obtaining and characherisation of film samples of Cu2S. Journal medium condensation and interphase boundaries. 2016. T. 18 (4).P. 545–549 (in Russian).
    3. Nieroda P., Leszczyński J., Mikuła A., Mars K., Kruszewski M., Koleżyński A. Thermoelectric properties of Cu2S obtained by high temperature synthesis and sintered by IHP method. Ceram. Int. 2020. Vol. 46(16). P. 25460–25466. (https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.07.016).
    4. Tesfaye F., Taskinen P. Thermodynamics and Phase Equilibria in the (Ni, Cu, Zn)–(As, Sb, Bi)–S Systems at Elevated Temperatures (300–900°C). Aalto University Publications in Materials Science and Engineering. 2010. P. 3. (https://doi.org/10.13140/2.1.4901.2803).
    5. Srikanth S., Suriyanarayanan N., Prabahar S., Balasubramanian V., Kathirvel D. Structural and Optical Properties of Chemical bath Deposited Sb2S3 thin films. Adv. Appl. Sci. Res. 2011. Vol. 2(1). P. 95–104.
    6. Lan C., Liang G., Lan H., Peng H., Su Z., Zhang D., Fan P. Microstructural and optical properties of Sb2S3 film thermally evaporated from antimony pentasulfide and efficient planar solar cells. Phys. Status Solidi RRL. 2018. Vol. 12(6). P. 1800025. (https://doi.org/10.1002/pssr.201800025).
    7. Bletskan D.I. Phase equilibrium in binary Systems AIVBVI: Part. III Systems Sn–Chalcogenides. ChemInform. 2006. Vol. 37(30). P. 61–69. (https://doi.org/10.1002/chin.200630244).
    8. Shi C., Yang P., Yao M., Dai X., Chen Z. Preparation of SnS2 thin films by close-spaced sublimation at different source temperatures. Thin Solid Films. 2013. Vol. 534. P. 28–31. (https://doi.org/10.1016/j.tsf.2013.01.072).
    9. Babanlyi N.B. Fhase equalibria and thermodynamic properties of the Cu–Ge(Sb)–S system. Abstract of dissertation. Baku, 1991. 23 pp. (in Russian).
    10. Babanly M.B., Yusibov Y.A., Abishev V.T. Ternary Chalcogenides Based on Copper and Silver. Baku: BSU Publisher, 1993. 341 pp.
    11. Go-Eun Lee, Il-Ho Kim. Skinnerite Cu3SbS3: Solid-State Synthesis and Thermoelectric Properties. Korean J. Met. Mater. 2022. Vol. 60(6). P. 455–462.(https://doi.org/10.3365/KJMM.2022.60.6.455).
    12. Baoli Du, Ruizhi Zhang, Ming Liu, Kan Chen, Hangfeng Zhangc, Michael J. Reece. Crystal structure and improved thermoelectric performance of iron stabilized cubic Cu3SbS3 compound. J. Mat. Chem. C. 2019. Vol. 7. P. 394–404. (https://doi.org/10.1039/C8TC05301D).
    13. Rabhi A., Kanzari M., Rezig B. Optical and structural properties of CuSbS2 thin films grown by thermal evaporation method. Thin Solid Films. 2009. Vol. 517(7). P. 2477–2480. (https://doi.org/10.1016/j.tsf.2008.11.021).
    14. Olekseyuk İ.D., Dudchak I.V., Piskach L.V. Phase equilibria in the Cu2S–ZnS–SnS2 system. J. Alloys Comp. 2004. Vol. 368. P. 135–143. (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2003.08.084).
    15. Zotova T.V., Karagodin Yu. The Investigation of character of phase equalibria in the Cu – Ge(Sn) – S quasi-ternarysystem. Bulletin of scientific papers of microelectronics. M: МIEТ. 1976. P.174–181 (in Russian).
    16. Khanafer M., Rivet J., Flahaut J. Ềtude du systeme Cu2S–GeS2. Surstructure du compose Cu2GeS3. Transition de phases du compose Cu8GeS6. Bull. de la Soc. Chim. de Franc. 1973. Vol. 3. P. 859–862.
    17. Chen X., Sato A., Wada H., Nozakin M.M. Synthesis, Electrical conductivity and Crystal Stucture of Cu4Sn7S16 and Stucture refinement of Cu2SnS3. J. Sol. State Chem. 1998. Vol. 139. P. 144–151. (https://doi.org/10.1006/jssc.1998.7822).
    18. Ahluwalia G.K. Applications of Chalcogenides: S, Se, and Te. Schwitzerland: Springer, 2017. 474 pp. (https://doi.org/10.1007/978-3-319-41190-3).
    19. Fiechter S., Martinez M., Schmidt G. et al. Phase relations and optical properties of semiconducting ternary sulfides in the system Cu–Sn–S. J. Phys. Chem. Solids. 2003. Vol. 64. Р. 1859–1862. (https://doi.org/10.1016/S00223697(03)00172-0).
    20. Guan H., Shen H., Gao C., He X. Structural and optical properties of Cu2SnS3 and Cu4SnS4 thin films by successine ionic layer adsorption and reaction. J. Mater. Sci. Mater. Electr. 2013. Vol. 24. P. 1490–1494. (https://doi.org/10.1007/s10854-012-0960-x).
    21. Rustamov P.G. Phase diagram of the SnS2–Sb2S3 system. Dokl. Akad. Nauk SSSR. 1987. Vol. 43(1). P. 42.
    22. Mamedov Sh.G. The phase equalibria of the Cu2SnS3–Sb2S3 system. Bull. Tomsk Univ. Ser. Khim. 2020. Vol. 18. P. 18–26 (in Russian). (https://doi.org/10.17223/24135542/18/2).
    23. Chakrabarti D.J., Laughlin D.E. The Cu–S (Copper–Sulfur) system. Bull. Alloy Phase Diagr. 1983. Vol. 4. P. 254–271. (https://doi.org/10.1007/BF02868665).
    24. Bayliss P., Nowacki W. Refinement of the crystal structure of stibnite, Sb2S3. Z. Kristallogr. 1972. Vol. 135(3–4). P. 308–315. (https://doi.org/10.1524/ZKRI.1972.135.3-4.308).
    25. Arora S.K., Patel D.H., Agarwal M.K. Microtopographical Characterization of Vapour-grown SnS2 Single Crystals. Cryst. Res. Techn. 1993. Vol. 28(5). P. 623–627. (https://doi.org/10.1002/crat.2170280509).
    26. Guenter J.R., Oswald H.R. Neue polytype Form von Zinn(IV)-sulfid. J. App. Crystall. 1989. Vol. 22. P. 622–623. 27. Ilyasheva N.A. Diagramma sostoyaniya sistemyi Cu2S–Sb2S3. Neorg. mater. 1973. Vol. 9(10). P. 1677–1679. (in Russian).
    28. Olekseyuk I.D., Dudchak I.V., Piskach L.V. Phase equilibria in the Cu2S–ZnS–SnS2 system. J. Alloys Compd. 2004. Vol. 368. P. 135–143. (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2003.08.084).
    29. Pfitzner A. Disorder of Cu+ in Cu3SbS3: structural investigations of the high- and low-temperature modification. Z. Kristallogr. 1998. Vol. 213. P. 228–236. (https://doi.org/10.1524/zkri.1998.213.4.228).
    30. Hofmann W. Strukturelle und morphologische Zusammenhaenge bei Erzen vom Formeltyp ABC2. Z. Kristallogr. 1933. Vol. 84(1). P. 177–203. (https://doi.org/10.1524/zkri.1933.84.1.177).
    31. Alias M.F.A., Naji I.S., Taher B.Y., Al-Douri A.A.J. Synthesis Cu2SnS3 and Cu3SnS4 nanopowder and studing the composition, structural and morphological properties. J. Non-oxide Glass. 2016. Vol. 8(4). P. 93–97.
    32. Jaulmes S., Rivet J., Laruelle P. Cuivre–étain–soufre Cu4SnS4. Acta Cryst. 1977. Vol. B33. P. 540–542. (https://doi.org/10.1107/S0567740877004002).
    33. Mamedov Sh.G. The phase equalibria of the Cu2SnS3–Cu3SbS3 system. Bull. Tomsk’ Univ. Ser. Khim. 2019. Vol. 15. P. 26–35 (in Russian).
    34. Berezniuk O.P., Olekseiuk I.D., Mazurets I.I. The phase equalibria of the Сu2S–SnS2–As2S3 (Sb2S3) systems at 500 K. «Lvivski khimichni chytannia» – 2019: The Issue of scientific works, Lviv, 2019. P. 210 (in Ukrainian).
    35. Berezniuk O.P., Alrikik M., Kohut Yu.M., Piskach L.V. The phase equalibria of the Cu(Ag)2S–SnS2–Sb2S3 systems. Problems Chem. Sustainable Dev. 2022. Vol. 4. P. 17–30 (in Ukrainian). (https://doi.org/10.32782/pcsd-2022-4-2).
    36. Berezniuk O.P., Alrikik M., Piskach L.V. Psysico-chemical properties of AI3CVX3 in the AI2S–CV2S3–BIVS2, de AI=Cu, Ag; CV=As, Sb; BIV=Ge, Sn system. «Khimichni Karazinski chytannia – 2023». Kharkiv, 2023. P. 18–19 (in Ukrainian).

Як цитувати:

БЕРЕЗНЮК О., СМІТЮХ О., ПІСКАЧ Л. СИСТЕМА Cu2S–Sb2S3–SnS2. Праці НТШ. Хім. Наук. 2023. Т. LXXIII. С. 45-58.

Завантажити файл