Antymonek bizmutu
| Identyfikatory | |
|---|---|
|
Model 3D ( JSmol )
|
|
| ChemSpider | |
| Karta informacyjna ECHA | 100.204.020 |
|
Identyfikator klienta PubChem
|
|
|
|
|
|
| Nieruchomości | |
| BiSb | |
| Masa cząsteczkowa | 330,74 g/mol |
| Wygląd | Jasnoszary do ciemnoszarego proszek |
| Gęstość | 8,31 g/ cm3 |
| Rozpuszczalność | nierozpuszczalny |
| Struktura | |
| Sześciokątny , A7, SpaceGroup = R-3m, nr 166 | |
|
a = 4,546 A, c = 11,860 A
|
|
| Zagrożenia | |
| Oznakowanie GHS : | |
 
|
|
| Ostrzeżenie | |
| H302 , H332 , H411 | |
| NFPA 704 (ognisty diament) | |
| Karta charakterystyki (SDS) | [1] |
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (przy 25°C [77°F], 100 kPa).
|
|
Antymonki bizmutu , Bizmut-antymony lub stopy bizmutu-antymonu (Bi 1− x Sb x ) to binarne stopy bizmutu i antymonu w różnych proporcjach.
Niektóre, w szczególności Bi 0,9 Sb 0,1 , były pierwszymi obserwowanymi eksperymentalnie trójwymiarowymi izolatorami topologicznymi , materiałami, które mają przewodzące stany powierzchniowe, ale mają izolujące wnętrze.
Różne stopy BiSb również przewodzą nadprzewodnictwo w niskich temperaturach, są półprzewodnikami i są stosowane w urządzeniach termoelektrycznych .
antymonek bizmutu (patrz ramka po prawej) jest czasami opisywany jako Bi 2 Sb 2 .
Synteza
Kryształy antymonków bizmutu są syntetyzowane przez stopienie bizmutu i antymonu razem w atmosferze gazu obojętnego lub próżni. Topienie strefowe stosuje się w celu zmniejszenia stężenia zanieczyszczeń. Podczas syntezy monokryształów antymonków bizmutu ważne jest, aby z próbek usunąć zanieczyszczenia, ponieważ utlenianie występujące w zanieczyszczeniach prowadzi do wzrostu polikrystalicznego.
Nieruchomości
izolator topologiczny
Czysty bizmut jest półmetalem zawierającym małe pasmo wzbronione, dzięki czemu ma stosunkowo wysoką przewodność ( 7,7 × 10 5 S/m w temperaturze 20 °C). Kiedy bizmut jest domieszkowany antymonem, energia pasma przewodnictwa maleje, a energia pasma walencyjnego wzrasta. Przy stężeniu antymonu 4% dwa pasma przecinają się, tworząc punkt Diraca (który jest definiowany jako punkt, w którym przecinają się pasma przewodnictwa i walencyjne). Dalsze wzrosty stężenia antymonu powodują inwersję pasma, w której energia pasma walencyjnego staje się większa niż energia pasma przewodnictwa w określonych momentach. Pomiędzy stężeniami Sb wynoszącymi 7 i 22%, pasma już się nie przecinają, a Bi 1− x Sb x staje się izolatorem z odwróconym pasmem. To właśnie przy tych wyższych stężeniach Sb pasmo wzbronione w stanach powierzchniowych zanika, a zatem materiał przewodzi na swojej powierzchni.
Nadprzewodnik
Najwyższe temperatury, w których Bi 0,4 Sb 0,6 , w postaci cienkiej warstwy o grubości 150–1350 Å, nadprzewodnikami (temperatura krytyczna T c ) wynosi około 2 K. Monokryształ Bi 0,935 Sb 0,065 może przewodzić nadprzewodnictwo w nieco wyższych temperaturach, a przy 4,2 K, jego krytyczne pole magnetyczne Bc (maksymalne pole magnetyczne, które może wyrzucić nadprzewodnik) 1,6 T przy 4,2 K.
półprzewodnikowy
Ruchliwość elektronów jest jednym z ważnych parametrów opisujących półprzewodniki, ponieważ opisuje szybkość, z jaką elektrony mogą przemieszczać się przez półprzewodnik. W temperaturze 40 K ruchliwość elektronów wahała się od 4,9 x 10 5 cm2 / V·s przy 2,4 x 105 cm2 / V ·s stężeniu antymonu 0 do przy stężeniu antymonu 7,2%. Jest to znacznie więcej niż ruchliwość elektronów innych powszechnych półprzewodników, takich jak krzem , która wynosi 1400 cm 2 /V·s w temperaturze pokojowej.
Innym ważnym parametrem Bi 1− x Sb x jest efektywna masa elektronu (EEM), miara stosunku przyspieszenia elektronu do siły przyłożonej do elektronu. Efektywna masa elektronu wynosi 2 × 9 × 10-4 m e przy 10-3 m e dla x = 0,11 i x = 0,06. To znacznie mniej niż masa skuteczna elektronów w wielu popularnych półprzewodnikach (1,09 w Si przy 300 K, 0,55 w Ge i 0,067 w GaAs ). Niski EEM jest dobry do zastosowań termofotowoltaicznych .
Termoelektryczny
Antymonki bizmutu są używane jako nogi typu n w wielu urządzeniach termoelektrycznych poniżej temperatury pokojowej. Sprawność termoelektryczna, określona przez współczynnik merytoryczny z T = σS 2 T / λ , gdzie S to współczynnik Seebecka , λ to przewodność cieplna, a σ to przewodność elektryczna, opisuje stosunek energii dostarczonej przez termoelektryk do ciepło pochłaniane przez urządzenie. Przy 80 K 6,5 × 10-3 K -1 współczynnik zasługi ( z T ) dla Bi 1− x Sb x osiąga szczyt przy , gdy x = 0,15. Również współczynnik Seebecka (stosunek różnicy potencjałów między końcami materiału do różnicy temperatur między bokami) przy 80 K Bi 0,9 Sb 0,1 wynosi −140 μV / K, znacznie mniej niż współczynnik Seebecka czystego bizmutu, −50 μV/K.