Vismut antimonid
| Identifierare | |
|---|---|
|
3D-modell ( JSmol )
|
|
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard | 100.204.020 |
|
PubChem CID
|
|
|
|
|
|
| Egenskaper | |
| BiSb | |
| Molar massa | 330,74 g/mol |
| Utseende | Svaggrått till mörkgrått pulver |
| Densitet | 8,31 g/cm 3 |
| Löslighet | olöslig |
| Strukturera | |
| Hexagonal , A7, SpaceGroup = R-3m, nr 166 | |
|
a = 4,546A, c = 11,860A
|
|
| Faror | |
| GHS- märkning : | |
 
|
|
| Varning | |
| H302 , H332 , H411 | |
| NFPA 704 (branddiamant) | |
| Säkerhetsdatablad (SDS) | [1] |
|
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
|
|
Vismutantimonider , Vismut-antimoner , eller Vismut-antimonlegeringar , (Bi 1− x Sb x ) är binära legeringar av vismut och antimon i olika förhållanden.
Vissa, i synnerhet Bi 0,9 Sb 0,1 , var de första experimentellt observerade tredimensionella topologiska isolatorerna , material som har ledande yttillstånd men har en isolerande insida.
Olika BiSb-legeringar är också supraledande vid låga temperaturer, är halvledare och används i termoelektriska enheter.
Vismutantimonid själv (se ruta till höger) beskrivs ibland som Bi 2 Sb 2 .
Syntes
Kristaller av vismutantimonider syntetiseras genom att smälta ihop vismut och antimon under inert gas eller vakuum. Zonsmältning används för att minska koncentrationen av föroreningar. Vid syntetisering av enkristaller av vismutantimonider är det viktigt att föroreningar avlägsnas från proverna, eftersom oxidation som sker vid föroreningarna leder till polykristallin tillväxt.
Egenskaper
Topologisk isolator
Ren vismut är en halvmetall som innehåller ett litet bandgap, vilket leder till att den har en relativt hög konduktivitet ( 7,7 × 10 5 S/m vid 20 °C). När vismuten är dopad med antimon minskar ledningsbandet i energi och valensbandet ökar i energi. Vid en antimonkoncentration på 4 % skär de två banden varandra och bildar en Dirac-punkt (vilket definieras som en punkt där lednings- och valensbanden skär varandra). Ytterligare ökningar i koncentrationen av antimon resulterar i en bandinversion, i vilken valensbandets energi blir större än ledningsbandets energi vid specifika moment. Mellan Sb-koncentrationer på 7 och 22 % skärs banden inte längre, och Bi 1− x Sb x blir en inverterad isolator. Det är vid dessa högre koncentrationer av Sb som bandgapet i yttillstånden försvinner, och materialet leder därmed vid sin yta.
Supraledare
De högsta temperaturerna vid vilka Bi 0,4 Sb 0,6 , som en tunn film med tjocklek 150–1350 Å, supraledare (den kritiska temperaturen T c ) är cirka 2 K. Enkristall Bi 0,935 Sb 0,065 kan supraledning vid något högre temperaturer, och vid 4,2 K, dess kritiska magnetfält Bc (det maximala magnetfält som supraledaren kan driva ut) på 1,6 T vid 4,2 K.
Halvledare
Elektronmobilitet är en viktig parameter som beskriver halvledare eftersom den beskriver den hastighet med vilken elektroner kan färdas genom halvledaren. Vid 40 K 2,4 × 105 cm2 /V·s vid varierade elektronmobiliteten från en 4,9 × 105 cm2 / V·s vid en antimonkoncentration av 0 till antimonkoncentration av 7,2%. Detta är mycket större än elektronrörligheten för andra vanliga halvledare som kisel , som är 1400 cm 2 /V·s vid rumstemperatur.
En annan viktig parameter för Bi 1− x Sb x är den effektiva elektronmassan (EEM), ett mått på förhållandet mellan en elektrons acceleration och kraften som appliceras på en elektron. Den effektiva elektronmassan är 2 × 10 −3 m e för x = 0,11 och 9 × 10 −4 m e vid x = 0,06. Detta är mycket mindre än den elektroneffektiva massan i många vanliga halvledare (1,09 i Si vid 300 K, 0,55 i Ge och 0,067 i GaAs ). En låg EEM är bra för termofotovoltaiska applikationer.
Termoelektrisk
Vismutantimonider används som ben av n-typ i många termoelektriska enheter under rumstemperatur. Den termoelektriska verkningsgraden, given av dess meritvärde z T = σS 2 T / λ , där S är Seebeck-koefficienten , λ är värmeledningsförmågan och σ är den elektriska ledningsförmågan, beskriver förhållandet mellan energin som tillhandahålls av termoelektriken och värmen som absorberas av enheten. Vid 80 K toppar värdesiffran ( z T ) för Bi 1− x Sb x vid 6,5 × 10 −3 K −1 när x = 0,15. Dessutom är Seebeck-koefficienten (förhållandet mellan potentialskillnaden mellan ändarna av ett material och temperaturskillnaden mellan sidorna) vid 80 K Bi 0,9 Sb 0,1 -140 μV/K, mycket lägre än Seebeck-koefficienten för ren vismut, −50 μV/K.