Кинетика изотермической объемной кристаллизации стекол AsSe_1,5Bi_x (x = 0,01, 0,05)

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 AsSe_1,5Bi_x (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 AsSe_1,5Bi0,₀₁ и AsSe_1,5Bi_0,05 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 AsSe_1,5Bi_0,05 связана с непрерывным изменением химического состава остаточной стеклофазы и характеризуется интервалом уменьшающихся значений эффективной энергии активации (142 → 114 ± 5 кДж/ моль).

1. Федотова 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.

2. 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.

3. 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.

4. Школьников Е.В. Кинетика и механизм линейного роста кристаллов в стекле As2Se3 // Известия ЛТА. 2021. Вып. 234. С. 267–282. DOI: 10.21266/2079-4304.2021.234.267-282

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.