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.