Квазібінарна система Ag7PSe6 –Ag2Se

Abstract

Напівпровідникові бінарні та тернарні селеніди аргентуму викликають значний практичний інтерес, зокрема як перспективні термоелектричні матеріали. До них відносяться зокрема вузькозонний напівпровідник Ag2Se та Ag7PSe6 із розупорядкуваною катіонною підграткою та жорсткого аніонним каркасом, що спричиняє ефективне розсіювання фононів. Допінгування Ag7PSe6 вузькозонним напівпровідником Ag2Se, має привести до підвищення його провідності, а Ag2Se більш розупорядкованою аргіродитною фазою Ag7PSe6 до пониження теплопровідності. В обидвох випадках це має сприяти підвищенню термоелектричної добротності відповідних фаз. Водночас, встановлення умов одержання допінгованих фаз потребує вивчення умов їх існування в системі Ag7PSe6–Ag2Se. Дана робота присвячена дослідженню фазових рівноваг у системі Ag7PSe6–Ag2Se в усьому концентраційному інтервалі. За результатами рентгенівського фазового та диференціального термічного аналізу побудовано відповідну фазову діаграму. Встановлено, що система Ag7PSe6–Ag2Se є квазібінарною. Вона характеризується чотирма процесами: двома евтектоїдними при 405 К та 433 К, спричиненими наявністю поліморфних модифікацій у Ag2Se та Ag7PSe6, відповідно; евтектичним при 893 К (координати евтектичної точки становлять 893 К і ~8 мол. % Ag2Se) і монотектичним процесом при 977 К. Вище цієї температури в інтервалі концентрацій ~9 - ~87 мол.% спостерігається область незмішуваності в рідині. Області гомогенності вихідних компонентів становлять менше 5 мол. %.

Semiconductor binary and ternary argentum selenides are of considerable practical interest, particularly as promising thermoelectric materials. These include Ag2Se, a narrow-band semiconductor, and Ag7PSe6, with a disordered cationic sublattice and a rigid anionic framework that causes efficient phonon scattering. Doping of Ag7PSe6 with the narrow bandgap semiconductor Ag2Se should increase its conductivity and Ag2Se with a more disordered Ag7PSe6 argyrodite phase to a decrease in thermal conductivity. In both cases, this should increase the thermoelectric figure of merit of the respective phases. At the same time, establishing the conditions for obtaining doped phases requires studying the conditions of their existence in the Ag7PSe6-Ag2Se system. Present work studies phase equilibria in the Ag7PSe6-Ag2Se system in the entire concentration range. A corresponding phase diagram was constructed based on the X-ray phase and differential thermal analysis results. It was found that the Ag7PSe6-Ag2Se system is quasi-binary. It is characterized by four processes: two eutectoid processes at 405 K and 433 K, caused by the presence of two polymorphic modifications in Ag2Se and Ag7PSe6, respectively; eutectic process at 893 K (the coordinates of the eutectic point are 893 K and ~8 mol% Ag2Se) and monotectic process at 977 K. Above this temperature, in the concentration range of ~9 - ~87 mol%, a region of immiscibility in the liquid is observed. The homogeneity regions of the initial components are less than 5 mol%.