Синтез, аттестация, объемные свойства новых материалов на основе системы ZnTe-ZnS

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Исследуемые объекты представляли собой тонкодисперсные порошки ZnTe, ZnS и их твердых растворов (ZnTe)х (ZnS)1-х (х=0,95; 0,91). Твердые растворы получали методом изотермической диффузии бинарных соединений (ZnTe, ZnS) в вакуумированных запаянных кварцевых ампулах при температуре 1173 К [1], в соответствии со специально разработанной программой температурного нагрева. Предварительно навески исходных бинарных соединений с заданными мольными соотношениями подвергали механохимической активации. О завершении синтеза судили по результатам рентгенографического анализа, которые затем использовали для аттестации и определения структуры твердых растворов.

Рентгенографический анализ проводили на дифрактометре D8 Advance фирмы "Bruker" (Германия) в СuКб - излучении (л=0,15406 нм, Т=293 К), по методике большеугловых съемок [2-4], с использованием позиционно-чувствительного детектора Lynxeye.

Расшифровка полученных рентгенограмм (дифрактограмм) проведена с использованием базы данных по порошковой дифракции ICDDIPDF-2. Уточнение параметров решетки выполнены в программе TOPAS 3,0 (Bruker) по методу наименьших квадратов.

Электронно-микроскопические исследования осуществляли на сканирующем электронном микроскопе JCM-5700, снабженном безазотным рентгеновским энергодисперсионным спектрометром [5].

Согласно результатам рентгенографических исследований (рис. 1,2, табл. 1), в системе ZnTe-ZnS (при заданных составах, мол. %) образуются твердые растворы замещения: соответствующие линии на рентгенограммах сдвинуты относительно линий бинарных компонентов при постоянном их числе (рис. 1); зависимости значений параметра решетки (а), межплоскостных расстояний (dhkl) и плотности (сr) от состава системы имеют плавный характер (рис. 2, табл. 1).

Отсутствие на рентгенограммах дополнительных линий, отвечающих непрореагировавшим бинарным компонентам, а также размытости основных линий позволяют говорить о полном завершении процесса синтеза и дополнительно об образовании твердых растворов.

В соответствии с положением и распределением по интенсивности основных линий, компоненты системы имеют кубическую структуру сфалерита.

Рис. 1. Схемы рентгенограмм компонентов системы ZnTe-ZnS: 1 - ZnTe; 2 - (ZnTe)0,95(ZnS)0,05; 3 - (ZnTe)0,91(ZnS)0,09; 4 - ZnS

Таблица 1. Значения параметра кристаллической решетки (а), межплоскостных расстояний (dhkl) и рентгеновской плотности (сr) компонентов системы ZnTe-ZnS

химический кристаллический теллурид цинковый

Рис. 2. Зависимости от состава значений параметра кристаллической решетки а (1) рентгеновской плотности сr (2) и межплоскостного расстояния d111, компонентов системы ZnTe-ZnS

Электронно-микроскопические исследования (рис. 3-6) позволили установить распределение каждого бинарного компонента системы между объемом и поверхностью кристаллических зерен другого компонента, взятого в избытке, элементный состав твердых растворов и бинарных компонентов, структуру их поверхности.

Элементный состав всех компонентов находится в удовлетворительном согласии с мольным составом, поверхность имеет поликристаллическую структуру с неоднородным распределением кристаллитов, способных ассоциироваться в агломераты, объединяющие зерна различных размеров.

Рис. 3. SEM - изображение порошка ZnTe в режиме фазового контраста

Рис. 4. SEM - изображение порошка твердого раствора (ZnTe)0,95(ZnS)0,05 в режиме фазового контраста

Рис. 5. SEM - изображение порошка твердого раствора (ZnTe)0,91(ZnS)0,09 в режиме фазового контраста

Рис. 6. SEM - изображение порошка ZnS в режиме фазового контраста

С учетом физико-химических свойств бинарных соединений ZnTe, ZnS разработана методика и получены твердые растворы системы ZnTe-ZnS.

По результатам рентгенографических исследований они аттестованы как твердые растворы замещения со структурой сфалерита.

На основе электронно-микроскопических исследований определены соответственно элементный состав и структура поверхности компонентов системы.

Установлены определенная взаимосвязь между изученными объемными физико-химическими свойствами компонентов системы ZnTe-ZnS и при этом влияние элементных составляющих (Тe,S) (рис. 2), что важно для объективной аттестации полученных материалов и прогнозирования их практического использования.

Литература

1. Кировская, И.А. Твердые растворы бинарных и многокомпонентных полупроводниковых систем / И.А. Кировская. - Омск: ОмГТУ, 2010. - 400 с.

2. Миркин, С.Е. Справочник по рентгеноструктурному анализу / С.Е. Миркин. - М.: Гос. физ.-мат. лит-ры, 1961.- 863 с.

3. Горелик, С.С. Рентгенографический и электроннооптический анализ /С.С. Горелик, Л.Н. Расторгуев, Ю.А. Скаков. - М.: Металлургия, 1970. - 107 с.

4. Смыслов, Е.Ф. Экспрессный рентгеновский метод определения периода решетки нанокристаллических материалов / Смыслов Е.Ф. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2006. - Т. 72. - №5. - С. 33-35.

5. Гоулдстейн, Дж. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ: в двух книгах. / Гоулдстейн Дж. и др. - пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 303 с.

Размещено на Allbest.ru