ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2022.238.170-184isplta-125Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ. БИОТЕХНОЛОГИЯCHEMICAL TECHNOLOGY OF WOOD. BIO TECHNOLOGYКинетика изотермической объемной кристаллизации стекол AsSe1,5Bix (x = 0,01, 0,05)Kinetics of isothermal bulk crystallization of AsSe1,5Bix glasses (x = 0,01, 0,05)https://orcid.org/0000-0002-0199-1200ШкольниковЕ. В.Shkol’nikovE. V.

ШКОЛЬНИКОВ Евгений Васильевич – профессор кафедры химии, доктор химических наук, профессор

194021, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург

Researcher ID : G-8108-2016

Scopus Author ID : Scopus 7003735499

SHKO’NIKOV Evgeny V. – DSc (Chemical), professor

194021. Institute per. 5. St. Petersburg

Researcher ID : G-8108-2016

Scopus Author ID :Scopus 7003735499

eshkolnikov@yandex.ruСанкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. КироваРоссияSt.Petersburg State Forest UniversityRussian Federation2022220220240238170184Copyright © Школьников Е.В., 20242024Школьников Е.В.Shkol’nikov E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/125

При легировании стекла As2Se3 оловом, свинцом или висмутом возможна изотермическая объемная кристаллизация полученных стекол в оптимальных условиях. Влияние концентрации виcмута на характер и кинетические параметры кристаллизации стекол изучено недостаточно. Проведен сравнительный анализ кинетики изотермической объемной кристаллизации стекол As2Se3 и AsSe1,5Bix (х = 0,01 и 0,05). Стекла синтезировали методом вакуумной плавки из особо чистых элементных веществ с общей массой 7 г в интервале 700−900 С с последующей закалкой кварцевых ампул с расплавами в воздухе от 700 С. Методами измерения плотности, микротвердости, температурной зависимости электропроводности, рентгенофазового анализа закаленных образцов исследована кинетика превращений при объемной изотермической кристаллизации стекол AsSe1,5Bi0,01 и AsSe1,5Bi0,05 в интервале температур 210−260 С. Анализ кинетики валовой кристаллизации стекол выполнен по данным измерения плотности с использованием обобщенного уравнения Колмогорова–Аврами. Добавка 2 ат.% Bi к стеклу As2Se3 ускоряла кристаллизацию основной фазы As2Se3, уменьшая, по сравнению с кристаллизацией чистого стекла As2Se3, примерно в 4 раза скрытый период начала выделения фазы As2Se3 и в 13 раз кинетический период полупревращения. Влияние добавок 0,4 и 2 ат.% Bi на изотермическую кристаллизацию стекла As2Se3 проявляется, в основном, в снижении термодинамического барьера и энергии активации объемного гетерогенного зарождения пластинчатых кристаллов фазы As2Se3 на нанокристаллах первичной фазы Bi2Se3. Реконструктивная кристаллизация основной фазы As2Se3 в стекле AsSe1,5Bi0,05 связана с непрерывным изменением химического состава остаточной стеклофазы и характеризуется интервалом уменьшающихся значений эффективной энергии активации (142 → 114 ± 5 кДж/ моль).

When As2Se3 glass is doped with tin, lead, or bismuth, isothermal bulk crystallization of the resulting glasses under optimal conditions is possible. The influence of bismuth concentration on the character and kinetic parameters of glasses crystallization has not been studied sufficiently. The purpose of this work is the comparative analysis of the kinetics of isothermal volumetric crystallization of As2Se3 and AsSe1,5Bix glasses (x = 0,01 and 0,05). Glasses were synthesized by vacuum melting method from especially pure elemental substances with total mass of 7 g in the interval 700–900 С with the subsequent quenching of quartz ampoules with melts in air from 700 С. The kinetics of transformations during bulk isothermal crystallization of AsSe1,5Bi0,01 and AsSe1,5Bi0,05 glasses in the temperature range 210–260 С wаs studied by methods of density, microhardness, temperature dependence of electric conductivity, X-ray phase analysis of quenched samples. Analysis of the kinetics of bulk crystallization of the glasses was performed according to density measurements using the generalized Kolmogorov–Avrami equation. The addition of 2 at.% Bi to As2Se3 glass accelerated the crystallization of the main As2Se3 phase, reducing the latent period of the onset of As2Se3 phase separation by about 4 times and the kinetic period of half-transition by 13 times in comparison with the crystallization of pure As2Se3 glass. The effect of 0,4 and 2 at.% Bi additions on the isothermal crystallization of As2Se3 glass manifests itself mainly in decreasing the thermodynamic barrier and activation energy of bulk heterogeneous nucleation of lamellar As2Se3 phase crystals on primary Bi2Se3 phase nanocrystals. The reconstructive crystallization of the main phase of As2Se3 in AsSe1.5Bi0.05 glass is associated with a continuous change in the chemical composition of the residual glass phase and is characterized by an interval of decreasing values of the effective activation energy (142 → 114 ± 5 kJ/ mol).

объемная кристаллизация стеколкинетические параметры изотермической массовой кристаллизацииобобщенное уравнение Колмогорова–Аврамиvolumetric crystallization of glasseskinetic parameters of isothermal mass crystallizationgeneralized Kolmogorov–Avrami equationReferencesФедотова Г.В., Школьников Е.В. Скорость растворения закристаллизованных в различной степени стекол AsSe1,5 Bi0,05 // Физика и химия стекла. 1978. Т. 4, № 2. С. 213−218.Babanly N.B., Zlomanov V. P., Velieva G. M and Babanly M.B. Phase Equilibria in the Ag2Se–As2Se3–Bi2Se3 System. Inorganic Materials, 2012, vol. 48, no. 2, pp.106–113.Школьников Е.В. Кинетика ситаллизации полупроводниковых стекол AsSe1,5Snx (x = 0,13, 0,20) // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2019. Вып. 226. С. 208–221. DOI: 10.21266/2079-4304.2019.226.208-221.Chen X., Zhou H.D., Kiswandhi A., Miotkowski I., Chen Y.P., Sharma P.A., Sharma A.L. Lima, Hekmaty M.A., Smirnov D. a. Jiang Z. Thermal expansion coefficients of Bi2Se3 and Sb2Te3 crystals from 10K to 270K. Applied Physics Letters, 2011, vol. 99, no. 26, 261912. 3 p.Школьников Е.В. Кинетика и механизм изотермической кристаллизации полупроводниковых стекол AsSe1,5 Pbx (x = 0,025, 0,13) // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2020. Вып. 231. С. 222–237. DOI: 10.21266/2079-4304.2020.231.222-237.Fedotova G.V., Shkol’nikov E.V. Skorost` rastvoreniya zakristallizovannykh v razlichnoi stepeni stekol AsSe1,5Bi0,05 [The rate of dissolution of glasses AsSe1,5 Bi0,05 crystallized to various degrees]. Fizika i khimiya stekla [Glass Physics and Chemistry], 1978, vol. 4, no. 2, pp. 213−218. (In Russ.).Школьников Е.В. Кинетика и механизм линейного роста кристаллов в стекле As2Se3 // Известия ЛТА. 2021. Вып. 234. С. 267–282. DOI: 10.21266/2079-4304.2021.234.267-282Rasin A., Qiyuan L., Yin X., Giovanni Z, Growth, morphology and crystal structure of electrodeposited Bi2Se3 films. Electrochimica Acta, 2019, vol. 299, no. 3, pp. 654–662.Школьников Е.В., Бессонова Э.Ю. Механизм электропроводности полупроводниковых стеклокристаллов на основе As2Se3 и Bi2Se3 // Известия АН СССР. Неорганические материалы. 1976. Т. 12, № 2. С. 210–214.Shkol’nikov E.V. Kinetika I mekhanizm lineinogo rosta kristallov v stekle As2Se3[Kinetics and mechanism of linear crystal growth in As2Se3 glass]. Izvestia Sankt-Peterburgskoj Lesotehnicheskoj Akademii, 2021, is. 234, pp. 267–282. DOI: 10.21266/2079-4304.2021.234.267-282. (In Russ.)Школьников Е.В. О взаимосвязи структурно-химических особенностей и кинетических параметров кристаллизации стекла // Стеклообразное состояние : тр. VII Всесоюз. совещания. Л.: Наука, 1983. С. 131−135.Shkol’nikov E.V. Kinetika i mekhanizm izotermicheskoi kristallizatsii poluprovodnikovykh stekol AsSe1,5Pbx (x = 0,025, 0,13) [Kinetics and mechanism of isothermal crystallallization of AsSe1.5 Pbx (x = 0,025, 0,13) semiconductor glasses]. Izvestia Sankt-Peterburgskoj Lesotehnicheskoj Akademii, 2020, is. 231, pp. 222–237. DOI: 10.21266/2079-4304.2020.231.222-237. (In Russ.)Babanly N.B., Zlomanov V.P., Velieva G.M., Babanly M.B. Phase Equilibria in the Ag2Se–As2Se3–Bi2Se3 System // Inorganic Materials. 2012. Vol. 48, no. 2. Р. 106–113.Shkol’nikov E.V. Kinetika sitallizatsii poluprovodnikovykh stekol AsSe1,5Snx (x = 0,13, 0,20) [Kinetics of sitallization of semiconducting AsSe1,5 Snx (x = 0,13, 0,20) glasses]. Izvestia Sankt-Peterburgskoj Lesotehniceskoj Akademii, 2019, is. 226, pp. 208–221 (in Russian with English summary). DOI: 10.21266/2079-4304.2019.226.208-221.Chen X., Zhou H.D., Kiswandhi A., Miotkowski I., Chen Y.P., Sharma P.A., Sharma A.L. Lima, Hekmaty M.A., Smirnov D. a. Jiang Z. Thermal expansion coefficients of Bi2Se3 and Sb2Te3 crystals from 10K to 270K// Applied Physics Letters. 2011. Vol. 99, no. 26, 261912. 3 p.Shkol’nikov E.V., Bessonova E.Yu. Mekhanizm elektroprovodnosti poluprovodnikovykh steklokristallov na osnove As2Se3 i Bi2Se3 [The mechanism of electrical conductivity of semiconductor glass crystals based on As2Se3 and Bi2Se3]. Izvestia AN SSSR. Neorganicheskie materialy [Inorganic Materials], 1976, vol. 12, no. 2, pp. 210–214. (In Russ.).Rasin A., Qiyuan L., Yin X., Giovanni Z, Growth, morphology and crystal structure of electrodeposited Bi2Se3 films // Electrochimica Acta. 2019. Vol. 299, no. 3. P. 654–662.Shkol'nikov E.V. O vzaimosvyazi strukturno-khimicheskikh osobennostei i kineticheskikh parametrov kristallizatsii stekla [On the relationship of structural – chemical characteristics and kinetic parameters of the glass crystallization]. Stekloobraznoe sostoyanie: trudy VII Vsesoyuznogo soveshchaniya. L.: Nauka, 1983, pp. 131–135. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.