Экспериментальное исследование фазовых равновесий в тройной системе Cu2SnSe3-Cu3SbSe4-Se

Авторы

DOI:

https://doi.org/10.17308/kcmf.2025.27/13298

Ключевые слова:

селениды меди-сурьмы-олова, фазовая диаграмма, область несмешиваемости, твердые растворы

Аннотация

Цель статьи: Сложные халькогениды на основе меди являются ценными материалами при создании экологически безопасных термоэлектрических материалов. Создание новых родственных материалов и улучшение практических свойств существующих соединений во многом зависит от физико-химического взаимодействия в соответствующих системах.

Экспериментальная часть: Фазовые равновесия в Cu2SnSe3-Cu3SbSe4-Se были экспериментально исследованы с использованием методов дифференциального термического анализа и порошковой рентгеновской дифракции. В настоящей работе представлены T-x-диаграмма граничной исследуемой системы Cu2SnSe3-Cu3SbSe4, а также изотермическое сечение при 300 К и проекция поверхности ликвидуса. Построены три политермических сечения фазовой диаграммы. Также определены поля первичной кристаллизации фаз и типы и координаты нон- и моно-вариантных равновесий.

Выводы: Установлено, что система Cu2SnSe3-Cu3SbSe4 является квазибинарной и относится к эвтектическому типу. Эвтектическое равновесие устанавливается при 68 мол. % Cu3SbSe4 и 727 К. Поверхность ликвидуса исследуемой системы состоит из двух широких областей первичной кристаллизации фаз Cu2SnSe3 и Cu3SbSe4 и одного вырожденного участка вблизи Se.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Биографии авторов

  • Эльнара Надир Исмаилова, Институт катализа и неорганической химии им. академика М. Нагиева, пр. Г. Джавида, 113, Баку Az1143, Азербайджан

    аспирант, н. с., Институт катализа и неорганической химии, Министерство науки и образования Азербайджана (Баку, Азербайджан)

  • Лейла Фархад Машадиева, Институт катализа и неорганической химии им. академика М. Нагиева, пр. Г. Джавида, 113, Баку Az1143, Азербайджан

    к. х. н., с. н. с., Институт катализа и неорганической химии, Министерство науки и образования Азербайджана (Баку, Азербайджан)

  • Ихтияр Бахрам Бахтиярлы, Институт катализа и неорганической химии им. академика М. Нагиева, пр. Г. Джавида, 113, Баку Az1143, Азербайджан

    д. х. н., профессор, заведующий лабораторией, Институт катализа и неорганической химии, Министерство науки и образования Азербайджана (Баку, Азербайджан)

  • Вагиф Aкбар Гасымов, Институт катализа и неорганической химии им. академика М. Нагиева, пр. Г. Джавида, 113, Баку Az1143, Азербайджан

    к. х. н., доцент, Институт катализа и неорганической химии, Министерство науки и образования Азербайджана (Баку, Азербайджан)

  • Илаха Ф. Гусейнова, Институт катализа и неорганической химии им. академика М. Нагиева, пр. Г. Джавида, 113, Баку Az1143, Азербайджан

    к. х. н., Институт катализа и неорганической химии, Министерство науки и образования Азербайджана (Баку, Азербайджан)

  • Ясин Иса Джафаров, Бакинский государственный университет, ул. З. Xалилова 23, Баку AZ- 1148, Азербайджан

    д. х. н., доцент, Бакинский государственный университет (Баку, Азербайджан)

Библиографические ссылки

Liu W., Hu J., Zhang S., Deng M., Han C.-G., Liu Y. New trends, strategies and opportunities in thermoelectric materials: a perspective. Materials Today Physics. 2017;1: 50–60. https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2017.06.001

He J., Tritt T. M. Advances in thermoelectric materials research: looking back and moving forward. Science. 2017; 357(6358). https://doi.org/10.1126/science.aak9997

Jia N., Cao J., Tan X. Y., ... Suwardi A.Thermoelectric materials and transport physics. Materials Today Physics. 2021; 21: 100519. https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2021.100519

Mukherjee M., Srivastava A., Singh A. K. Recent advances in designing thermoelectric materials Journal of Materials Chemistry C. 2022;10: 12524–12555. https://doi.org/10.1039/D2TC02448A

Du Y., Xu J., Paul B., Eklund P. Flexible thermoelectric materials and devices. Applied Materials Today. 2018;12: 366–388. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2018.07.004

Qiu P., Shi X., Chen L. Cu-based thermoelectric materials. Energy Storage Materials. 2016;3: 85-97. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2016.01.009

Mikuła A., Mars K., Nieroda P., Rutkowski P. Copper chalcogenide-copper tetrahedrite composites – a new concept for stable thermoelectric materials dased on the chalcogenide system. Materials. 2021;14(10): 2635. https://doi.org/10.3390/ma14102635

Mulla R., Rabinal M. H. K. Copper sulfides: earthabundant and low-cost thermoelectric materials. Energy Technology. 2019;7(7): 1800850. https://doi.org/10.1002/ente.201800850

Jaldurgam F. F., Ahmad Z., Touati F., ... Altahtamouni T. Enhancement of thermoelectric properties of low-toxic and earth-abundant copper selenide thermoelectric material by microwave annealing. Journal of Alloys and Compounds. 2022; 904: 1654131. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.164131

Wei T.-R., Qin Y., Deng T., ... Chen L. Copper chalcogenide thermoelectric materials . Science China Materials. 2018;62: 8–24. https://doi.org/10.1007/s40843-018-9314-5

Alonso-Vante N. Chalcogenide materials for energy conversion. In: Nanostructure Science and Technology. Springer International Publishing; 2018. 226p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-89612-0

Hu H., Ju Y., Yu J., … Li J.-F. Highly stabilized and efficient thermoelectric copper selenide. Nature Materials. 2024;23: 527–534. https://doi.org/10.1038/s41563-024-01815-1

Sanghoon X. L., Tengfei L. J., Zhang L. Y-H. Chalcogenide. From 3D to 2D and beyond. Elsevier; 2019. 398 p.

Wei J., Yang L., Ma Z., ... Wang X. Review of current high-ZT thermoelectric materials. Journal of Materials Science. 2020;55: 12642–12704 . https://doi.org/10.1007/s10853-020-04949-0

Chetty R., Balia A., Mallik R. C. Tetrahedrites as thermoelectric materials: an overview. Journal of Material Chemistry C. 2015;3: 12364–12378. https://doi.org/10.1039/C5TC02537K

Suekun K., Takabatake T. Research update: Cu–S based synthetic minerals as efficient thermoelectric materials at medium temperatures. APL Materials. 2016;4:104503. https://doi.org/10.1063/1.4955398

Liu Y., Kretinin A. V., Liu X., ... Freer R. Thermoelectric performance of tetrahedrite (Cu12Sb4S13) thin films: the influence of the substrate and interlayer. ACS Applied Electronic Materials. 2023;6(5): 2900–2908. https://doi.org/10.1021/acsaelm.3c00909

Palchoudhury C. S., Ramasamy K., Gupta A. Multinary copper-based chalcogenide nanocrystal systems from the perspective of device applications. Nanoscale Advances. 2020;2(8): 3069–3082. https://doi.org/10.1039/d0na00399a

Zhang D., Yang J., Bai H., Yubo L. Significant average ZT enhancement in Cu3SbSe4-based thermoelectric material via softening p-d hybridization. Journal of Materials Chemistry A. 2019;10: 1039–1048. https://doi.org/10.1039/c9ta05115e

Studenyak I. P., Pogodin A. I., Studenyak V. I., ... Kúš P. Electrical properties of copper- and silver-containing superionic (Cu1−xAgx)7SiS5I mixed crystals with argyrodite structure. Solid State Ion. 2020;345: 115183–115186. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2019.115183

Bayramova U. R., Babanly K. N., Ahmadov E. I., Mashadiyeva L. F., Babanly M. B. Phase equilibria in the Cu2S-Cu8SiS6-Cu8GeS6 system and thermodynamic functions of phase transitions of the Cu8Si(1−X)GeXS6 argyrodite phases. Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2023;44: 509–519. https://doi.org/10.1007/s11669-023-01054-y

Babanly M. B., Yusibov Y. A., Imamaliyeva S. Z., Babanly D. M., Alverdiyev I. J. Phase diagrams in the development of the argyrodite family compounds and solid solutions based on them. Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2024;45(12): 228-255. https://doi.org/10.1007/s11669-024-01088-w

Babanly M. B., Mashadiyeva L. F.,Imamaliyeva S. Z., Babanly D. M., Tagiyev D. B., Yusibov Yu. A. Complex popperbased chalcogenides: a review of phase equilibria and thermodynamic properties Russ. Condensed Matter and Interphases. 2024;26(4): 579–619. https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/12367

Mammadov F. M., Babanly D. M., Amiraslanov I. R., Tagiev D. B., Babanly M. B. System FeS–Ga2S3–In2S3. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2021;66(10): 1533–1543. https://doi.org/10.1134/S0036023621100090

Abdullayeva Sh. S, Bakhtiyarly I. B, Kurbanova R. J, Mukhtarova Z. M. The quasi-binary Cu3In5S9-FeIn2S4 section. Condensed Matter and Interphases. 2022;24(2): 182–186. https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/9257

Mammadov S. H., Mammadov A. N., Kurbanova R .C. Quasi-binary section Ag2SnS3–AgSbS2. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2020;65(2): 217–221. https://doi.org/10.1134/S003602362001012X

Mashadiyeva L. F., Babanly D. M., Hasanova Z. T., Usibov Y. A., Babanly M. B. Phase relations in the Cu-As-S system and thermodynamic properties of copper-arsenic sulfides. Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2024:45; 567–582. https://doi.org/10.1007/s11669-024-01115-w

Abdullaeva Sh. S., Mammadov F. M., Bakhtiyarly I. B. Quasi-binary section CuInS2–FeIn2S4. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2020;65: 100–105. https://doi.org/10.1134/S0036023619110020

Orujlu E. N., Aliev Z. S., Babanly M. B. The phase diagram of the MnTe–SnTe–Sb2Te3 ternary system and synthesis of the iso- and aliovalent cation-substituted solid solutions. Calphad. 2022;76: 102398. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2022.102398

Mammadov F. M. New version of the phase diagram of the MnTe- Ga2Te3 system. New Materials, fompounds and Applications. 2021;5(2): 116–121. Available at: http://jomardpublishing.com/UploadFiles/Files/journals/NMCA/V5N2/MammadovF.pdf

Ismailova E. N., Mashadieva L. F., Bakhtiyarly I. B., Gasymov V. A., Gurbanova R. J., Mammadova F. M. Phase equilibria in the Cu2Se - Cu3SbSe4 - Cu2SnSe3 system. Chemical Problems. 2025;23(1): 36–46. https://doi.org/10.32737/2221-8688-2025-1-36-46

Ismayilova E. N., Mashadieva L. F., Bakhtiyarly I. B, Babanly M. B. Phase equilibria in the Cu2SnSe3–Sb2Se3–Se system. Condensed Matter and Interphases. 2023;25(1): 47-54. https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/10973

Ismailova E. N., Mashadieva L. F.,Bakhtiyarly I. B, Babanly M. B. Phase equilibria in the Cu2Se–SnSe–Sb2Se3 system. Azerbaijan Chemical Journal. 2022;1: 73-82. https://doi.org/10.32737/0005-2531-2022-1-73-82

Ismayilova E. N., Baladzhayeva A. N., Mashadiyeva L. F. Phase equılıbrıa along the Cu3SbSe4-GeSe2 sectıon of the Cu-Ge-Sb-Se system. New Materials, Compounds and Applications. 2021;5(1): 52–58. Available at: https://jomardpublishing.com/UploadFiles/Files/journals/NMCA/V5N1/Ismayilova_et_al.pdf

Parasyuk O. V., Olekseyuk I. D., Marchuk O. V. The Cu2Se–HgSe–SnSe2 system. Journal of Alloys and compounds. 1999;287(1-2): 197–205. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(99)00047-X

Babanly M. B., Yusibov Yu. A., Abishov V. T. Threecomponent chalcogenides based on copper and silver*. Baku: BSU Publ.; 1993. 342 p. (In Russ.).

Sharma B. B., Ayyar R., Singh H. Stability of the tetrahedral phase in the AI 2BIVCVI 3 group of compounds. Physica Status Solidi A. 1977;40(2): 691–697. https://doi.org/10.1002/pssa.2210400237

Marcano G., Chalbaud L., Rincón C., Sánchez P. G. Crystal growth and structure of the semiconductor Cu2SnSe3. Materials Letters. 2002;53(3): 151–154. https://doi.org/10.1016/s0167-577x(01)00466-9

Delgado G. E., Mora A. J., Marcano G., Rincon C. Crystal structure refinement of the semiconducting compound Cu2SnSe3 from X-ray powder diffraction data. Materials Research Bulletin. 2003;38: 1949–1955. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2003.09.017

Pfitzner A. Crystal structure of tri-copper tetraselenoantimonate Cu3SbSe4. Zeitschriftfür Kristallographie-Crystalline Materials. 1994;209(8): 685–685. https://doi.org/10.1524/zkri.1994.209.8.685

Fan Y., Xie S., Sun J., Tang X., Tan G. Quasiisostructural alloying of Cu2SnSe3–Cu3SbSe4 toward higher thermoelectric performance. ACS Applied Energy Materials. 2021;4 (6): 6333–6339. https://doi.org/10.1021/acsaem.1c01155

Загрузки

Опубликован

2025-12-25

Выпуск

Том 27 № 4 (2025)

Раздел

Оригинальные статьи

Как цитировать

Экспериментальное исследование фазовых равновесий в тройной системе Cu2SnSe3-Cu3SbSe4-Se. (2025). Конденсированные среды и межфазные границы, 27(4), 606-614. https://doi.org/10.17308/kcmf.2025.27/13298

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)