Применение халькопирита: Описание халькопирита – фото, свойства минерала, применение, месторождения

alexxlab | 19.07.1977 | 0 | Разное

Содержание

Натуральный камень халькопирит магические лечебные свойства. Описание природного минерала применение медного колчедана

Халькопирит (медный колчедан) – минерал золотисто-желтого или золотисто-зеленого цвета с сильным блеском. По химическому составу представляет собой сульфид железа и меди. География добычи халькопирита необычайно широка, в России месторождения находятся на Урале, в Сибири, Забайкалье, Приморском крае, на Кольском п-ове.

Халькопирит является важнейшей медной рудой. В камнерезном искусстве его преимущественно включают в состав минеральных композиций. Кристаллы минерала становятся объектом коллекционирования. Изредка используют халькопирит ювелирные мастера: благодаря яркому блеску камня он очень красиво смотрится в составе украшений.

Магические свойства. Халькопирит стоит приобрести каждому, кто желал бы защитить свой дом от неблагоприятных воздействий. Говорят, что он спасет от воров, пожаров, бед и опасностей.

Рекомендуют приобретать кристалл камня женщинам.

Халькопирит сохранит молодость своей обладательницы, сделает ее привлекательнее, обаятельнее и интереснее для мужчин. Одиноким женщинам минерал поможет обзавестись счастливой семьей.

Своему владельцу халькопирит поможет стать рациональнее, более обстоятельно обдумывать свои поступки. С талисманом из этого минерала Вы будете избавлены от случайных решений и неудачных шагов.

В профессиональной сфере халькопирит более всего поможет людям, связанным так или иначе с торговлей. Он поспособствует в заключении выгодных сделок, приобретении популярности и успеха, получении прибыли.

Лечебные свойства. Халькопирит обладает противовоспалительным и противомикробным действием. Используют его для лечения кожных заболеваний. Необычайно эффективен минерал при расстройствах нервной системы, стрессах, депрессии, а также при бессоннице и фобиях. Считается также, что халькопирит имеет общеомолаживающий эффект. Отмечают, что этот минерал может вызывать аллергию.

Интересный факт. Из-за своего цвета халькопирит получил в народе название «золотая обманка».

крупнейшие месторождения минерала и его свойства

Название известного минерала халькопирита состоит из двух слов греческого происхождения: халькос — медь и пирос — огонь. Благодаря блестящей поверхности и желтоватому оттенку камень имеет явное сходство с драгоценным металлом. В связи с этим халькопирит и получил свое народное название «золото дураков». Несмотря на известность и практическое применения минерала, его свойства и возможности учеными еще до конца не изучены.

Минерал халькопирит

Халькопирит — часто встречающийся минерал, являющийся сульфитом меди и железа. При этом он содержит некоторые примеси: титан, золото и селен, что придает камню желтоватую окраску, отличающуюся заметным металлическим блеском. Кристаллы чаще всего встречаются небольшого и мелкого размера, реже — до нескольких сантиметров.

Минерал бывает клиновидной или сферической формы, которую считают относительно правильной. Структура камня рассматривается в виде несложной решетки, имеющей тетрагональную форму. В данной форме медь последовательно повторяется с железом и окружает серу. В основном халькопирит формируется в виде зернистой массы.

Химическая неустойчивость минерала ценится, исходя из того, что воздействие выветривания превращает медный колчедан в малахит. При исследовании халькопирита под микроскопом очень сложно спутать его с иными минералами.

Тем не менее особо мелкие зерна иногда принимают за миллерит, кубанит, пирит или золото.

Несмотря на востребованность халькопирита в строительстве, машиностроении и промышленности, эзотерики наделяют минерал магическими способностями и применяют во время ритуалов и медитаций. С его помощью проводят сеансы лечения различных заболеваний и используют камень в качестве амулетов и оберегов.

Происхождение халькопирита

Халькопирит может формироваться в различных природных условиях. Чаще всего его можно встретить в гидротермальных зонах. Там он образуется после геологических процессов, происходящих в земной коре, при взаимодействии водных растворов с повышенной температурой и высоким давлением на малой и средней глубине.

В то же время минерал можно обнаружить среди горных пород метасоматического происхождения: скарнах и грейзенах. Часто камень находят на территории жильных месторождений.

Халькопирит ассоциируют с:

  • пирротином;
  • пиритом;
  • галенитом;
  • сфалеритом;
  • блеклыми рудами.

И некоторыми нерудными материалами:

  • кварцем;
  • силикатами;
  • баритом;
  • кальцитами.

В качестве спутника пирротина минерал встречается в месторождениях сульфидных медно-никелевых руд, объединяясь в ассоциации с магнетитом, пентландитом, а также кубанитом.

Во время экзогенных процессов при условии брожения сероводорода, разложении органических остатков и притоке растворов, содержащих медь, халькопирит среди осадочных пород образуется не часто. Тем не менее встречались случаи замещения минералом организмов и древесины.

Вызванное выветриванием химическое разрушение халькопирита приводит к распаду минерала на сульфаты меди и железа, которые в свою очередь образуют:

  • при взаимодействии с кислородом или карбонатами при наличии воды и кислорода — азурит и малахит;
  • при взаимодействии с оксидом кремния — хризоколлу;
  • с участием кислот — соли: фосфаты, арсенаты, ванадаты, хлориды.

Месторождения, расположенные в зонах с жарким климатом, на окисленных участках имеют остатки медных сульфатов. Они способны без труда раствориться в небольшом количестве воды, которое просачивается и попадает на поверхность. При этом халькопирит замещается борнитом, халькозином или ковеллином.

Месторождение минерала

В России камень можно встретить практически во всех отложениях. На территории Урала присутствуют объемные месторождения в метаморфизованных породах периода палеозоя. Главным объектом в рудах этих мест выступает пирит, с которым на парагенетическом уровне связывают халькопирит. К данному типу относятся такие месторождения:

  • Карпушинское;
  • Сибайское;
  • Левихинское.

Залежи медного колчедана Урала и Хакасии относят к контактово-метасоматическим. Кристаллы больших размеров можно обнаружить на Среднем Урале и в Приморье. Красноярский край известен месторождениями меди и никеля: Талнахское и Октябрьское.

Места добычи, связанные с медью, цинком и свинцом, находятся на Рудном Алтае и в Казахстане.

Высокотемпературные места, связанные с ультраосновными или основными породами — Россия, Канада, Норвегия. Жильные месторождения с содержанием медного колчедана — Казахстан, Англия. Небольшие по размеру минералы халькопирита добывают в ближнем и дальнем зарубежье:

  • остров Хонсю;
  • район Изер во Франции;
  • в городе Сакатекас в Мексике;
  • южные регионы Австралии.

Чаще всего минерал создает соединения с хризолитовыми и кварцевыми друзами, так как не способен формировать отдельные скопления. При добыче халькопирита породы разбивают и разделяют между собой. Разные виды медесодержащего камня добывают:

  • в Уральских горах на рудниках встречают минералы зеленого цвета;
  • острова Японии славятся халькопиритами в форме пирамиды;
  • страны Южной Америки добывают руды фалерита и медного колчедана;
  • месторождения на небольшой глубине есть в Чили;
  • добыча кварцево-сульфидных руд осуществляется в Казахстане, Армении и США;
  • медистые песчаники, в которых халькопирит — главный минерал, располагаются в Казахстане, Бельгийском Конго и Северной Родезии;
  • к месторождениям вкрапленно-прожилковых и вкрапленных медных руд относятся Алмалык в Узбекистане, Коунрад в Казахстане и Бингем в американском штате Юта;
  • медный колчедан в ассоциации с кварцем и сфалеритом находится в отложениях на территории Татарстана;
  • найдено содержание халькопирита в силурийских фосфоритах на западе Украины;
  • на территории Норильска находят минерал с примесями металлов, однако добыча такого камня экономически не выгодна.

Самым дорогим халькопиритом считают минерал, добытый на землях Франции.

Камень имеет золотистый насыщенный оттенок с приятным и мягким свечением. Он очень ценится на рынке ювелирных украшений и уступает только настоящему золоту.

Медный колчедан, выступая спутником в определенном количестве, можно встретить практически во всех гидротермальных месторождениях различных сульфидных руд. На российских территориях и землях ближнего зарубежья располагаются представители всех типов залежей, которые содержат халькопирит в качестве главного минерала меди.

Применение камня

Халькопирит является самым известным минералом на меднодобывающих промышленных рудах, процентное содержание камня на которых от 2 до 2,5%. Получаемая в металлургической промышленности медь используется в чистом виде и сплавах: бронза, латунь, мельхиор. При этом главным потребителем выступает электропромышленность.

Однако медь применяют и в других сферах, а также в быту:

  • для производства кондиционеров;
  • для создания красителей;
  • в строительстве судов;
  • для производства печатных плат;
  • в гражданском строительстве;
  • для инженерных сетей и изоляции;
  • при производстве молниеотводов;
  • в микроволновых печах и музыкальных инструментах.

Большое количество меди применяется в машиностроительной отрасли и в химической промышленности.

Из порошка халькопирита производят лекарственные средства и мази.

Минерал известен в качестве основы для производства массажных дисков, широко применяемых в литотерапии для лечения различных заболеваний. Помимо этого коллекционеры охотятся за камнями с необычной окраской и фактурной поверхностью. Некоторые ювелиры используют халькопирит, однако минерал очень ломкий.

Характеристики

Камень халькопирит относится к медьсодержащим образованиям. Несмотря на известность минерала и его широкое использование, некоторые свойства халькопирита так до конца и не изучены.

Физические свойства

Минерал с хрупкой структурой поверхности имеет следующие физические характеристики:

  • непрозрачность кристалла;
  • металлический блеск поверхности;
  • по шкале твердости Мооса — от 3, 5 до 4 единиц;
  • плотность минерала — 4,3 г/см3;
  • высокая электропроводность;
  • агрегаты камня зернистые, имеются вкрапления и прожилки;
  • сингония — тетрагональная;
  • неровный излом поверхности;
  • отсутствие спайности;
  • удельный вес составляет 4,1-4,3 г/см3;
  • отсутствие плеохроизма и люминесценции.

Чаще всего халькопирит содержит в своей структуре частицы золота, серебра и других ценных металлов. Поэтому минерал называют «ложное золото».

Химические свойства

По химическому составу халькопирит выступает сульфидом меди и железа. Камень обладает свойствами:

  • формула халькопирита — CuFeS2;
  • минерал растворяется в азотной кислоте с последующим выделением серы и окрашиванием раствора в зеленый цвет;
  • в соляной кислоте не растворяется;
  • взаимодействуя с углем, халькопирит становится магнитным корольком черно-серого цвета;
  • плавление медного колчедана происходит при температуре 1000оС;
  • при взаимодействии с нитридом водорода происходит выделение гидрата железа, при этом раствор окрашивается в голубой цвет;
  • 36% металла составляет медь.

Химическая неустойчивость медного колчедана приводит к тому, что при длительном взаимодействии минерал превращается в малахит. Этот процесс занимает более 100 лет. Несмотря на то, что содержание меди составляет лишь треть, именно халькопирит используют в промышленности.

Цвет

Халькопирит может быть окрашен в различные оттенки, однако чаще всего встречаются минералы желто-латунного цвета с присутствием пестрых побежалостей. Встречаются камни зеленого, синего или желтого окраса. Медный колчедан — непрозрачный и имеет металлическую черту черного цвета.

Минерал используют в ювелирном деле для производства разнообразных оригинальных украшений. На поверхности камня можно разглядеть радужную пленку, которая способна переливаться при попадании на нее солнечного света.

Халькопирит считается уникальным камнем, применяется в различных сферах промышленности и медицины. Состоящий на треть из меди колчедан представляет большую ценность при добыче его в месторождениях.

магические свойства, значение, кому подходит

Автор АлмазныйЛучик На чтение 7 мин Опубликовано Обновлено

Халькопирит или медный колчедан – мягкий минерал желтого цвета с латунным или зеленоватым оттенком, отливающий металлическим холодным блеском. Также встречаются самоцветы синего и почти черного цвета. Редко в составе камня можно заметить примесь благородных металлов в виде золота или серебра.

Название минерала произошло от греческого «халькос», обозначающее «медь», и «пиритес» — «пирит». Благодаря окраске и схожести халькопирита с самородным золотом, за минералом издавна закрепились названия «золото дураков и апачей», «ложное золото», «золотая обманка». В 1725 году термин «chalcopyrit» был введен немецким химиком Хенкелем.

Основными химическими составляющими халькопирита с равными долями являются медь, железо и сера. В малых количествах наблюдаются примеси титана, селена, индия, серебра и золота.

Крупные кристаллы халькопирита встречаются редко, и ценятся за счет асимметричной формы с покрытыми грубой штриховкой гранями. Камни имеют неровный излом, вплоть до образования раковин.

На поверхности минерала и в местах сколов появляется пестрая побежалость. Халькопирит, находящийся на воздухе на протяжении нескольких сотен лет, перерождается в малахит.

Месторождения минерала

Халькопирит является распространенным минералом, поэтому его месторождения можно встретить практически на всех континентах. Залежей минерала в чистом виде не существует. Встретить его можно лишь сросшимся с кварцевыми и хризолитовыми породами, а также малахитом, топазом, магнетитом и азуритом.

В России минерал добывают на Урале, на Кольском полуострове и окраинах Норильска. Крупнейшими месторождениями Европы считаются Медет в Болгарии и Любинское в Польше. Большими залежами медной руды отличаются США, Канада, Замбия, Чили, Перу и Заир. В достаточных количествах халькопирит добывают во Франции, Грузии, Мексике, Казахстане, Австралии и на острове Хонсю.

Минерал можно обнаружить практически в каждом меднорудном месторождении, а также в гидротермальных жилах. Он образовывается при метаморфических процессах в виде цельных зернистых масс. Имеет свойства в сочетании со сфалеритом и галенитом преобразовываться в крупные залежи полиметаллических руд. Образование халькопирита не требует особых геологических условий, ему характерны гидротермальные месторождения со средними и высокими температурами.

Применение халькопирита

Медный колчедан применяется в нескольких отраслях:

  1. Ювелирное мастерство. Из-за своей хрупкости камень плохо поддается обработке, поэтому не используется для изготовления дорогих ювелирных украшений. Исключением являются единичные работы мастеров, создающих оригинальные украшения. В остальных случаях из халькопирита изготавливают недорогую бижутерию, используя в качестве оправы серебро, мельхиор или ювелирный сплав.
  2. Коллекционирование. У почитателей камней ценятся образцы пестрой окраски, побежалостью и фактурными ребристыми гранями.
  3. Промышленность. Минерал является источником для извлечения меди, которая впоследствии используется в машиностроении, электротехнике и литейном производстве.

Стоимость камня

Серьги и кольцо из камня халькопирит

Халькопирит – недорогой минерал, который используют преимущественно для изготовления бижутерии. Его окончательная цена зависит от размера, оправы и количества камней в изделии. Например:

  • от 50 $ за серьги в оправе из серебра;
  • 15-20 $ стоит кулон;
  • 50-80 $ стоит серебряное кольцо с халькопиритом.

Стоимость коллекционных камней стартует от 10 $. Цена отдельных образцов на аукционе может достигать нескольких тысяч долларов.

Магические свойства халькопирита

Халькопирит и его свойства до сих пор остаются загадкой для приверженцев магических сил, однако этот минерал все же замечен в действии народами разных стран.

В Европейских странах считается, что медитация с халькопиритом помогает женщине обрести желанную семью. Ежедневное «общение» с минералом положительно влияет на внешний вид женщины, делает ее счастливой, податливой и молодой.

Также бытует мнение, что халькопирит выступает мощным оберегом для защиты жилья от стихийных бедствий, наводнений, краж и нападений. Для этого в доме на каждый подоконник справа кладут по одному обработанному минералу небольших размеров.

В эзотерике доказано, что халькопирит является покровителем торговцев, и привлекает удачу в коммерческих делах. Менеджеру или сетевому торговцу, имеющему при себе украшение из халькопирита, сопутствует успех и выгода.
К содержанию

Лечебные свойства

В литотерапии нашли множественное применение халькопириту. Его целебные свойства оказывают противовоспалительный и антимикробный эффект, для чего следует растертый минерал смешать с мазевой основой, и наносить на очаги поражения кожи. Наружно халькопиритовые мази применяют для облегчений экзем и дерматитов различного происхождения.

Прием халькопирита внутрь в виде смеси порошка минерала, мела и сахарной пудры избавляет от бессонницы  и состояния поверхностного и тревожного сна. Порошок используется для восстановления истощенной нервной системы и стимуляции желудочной секреции, вследствие чего повышается аппетит.

Лечение халькопиритом требует контроля в приеме лекарства, так как чрезмерное употребление железа, серы и меди может спровоцировать аллергические реакции. В некоторых случаях прием минерала внутрь может усилить выработку желчи, поэтому в случае выявления побочных действий и аллергических реакций следует обратиться к квалифицированному специалисту в области медицины.

Талисманы и амулеты

Как и все природные минералы, наделенные целебными и магическими свойствами, халькопирит применяется в изготовлении талисманов и амулетов. Талисман в виде браслета, который необходимо носить на левой руке, помогает коммерсантам, продавцам и работникам торговой сети.

Если женщина хочет привлечь внимание мужчин, для нее изготавливают специальный амулет из халькопирита, однако минерал не обладает свойством приворота конкретного человека. Не стоит также часто использовать талисман с камнем для достижения этих целей.

Амулеты и талисманы из халькопирита способны удержать своих владельцев от необдуманных и ошибочных решений, а также вдохновить творческих людей, усилив их талант.

Уход за камнем

Халькопирит кольцо

Так как халькопирит отличается чрезвычайно высокой хрупкостью и свойством быстрого  окисления при контакте с воздухом, необходим постоянный и бережный уход за ним:

  • хранить самоцвет в отдельном мягком футляре;
  • удалять оксидную пленку сразу после ее появления, для чего камень аккуратно протереть мягкой сухой салфеткой;
  • для предупреждения окисления коллекционные камни рекомендуется хранить в плотно закрытой стеклянной емкости;
  • украшения с камнем следует снимать при выполнении бытовых задач, физических нагрузках, во время принятия водных процедур.

Как отличить подделку?

Дешевый аналог халькопирита изготавливают из стекла с напылением или пластика. Отличить его от натурального минерала можно по следующим признакам:

  • Прозрачность. Натуральный самоцвет непрозрачный, сквозь него не проникает солнечный свет.
  • Сияние. У поддельного камня яркий блеск и насыщенный оттенки, у натурального – отлив тусклых зеленых оттенков.
  • Раковистый излом. Настоящий халькопирит при ударе распадается на мелкие части, при этом его края имеют неровные очертания.
  • Текстура. Если подделку оцарапать острым предметом, то на нем останутся следы напыления, а в месте царапины будет виден исходный материал фальшивого камня.
  • След от камня. Если натуральным минералом провести по жесткой поверхности, то на ней останется след зеленовато-черного цвета.

Форма обработки. Натуральный халькопирит обрабатывается кабошоном, бусинами или в виде геометрических фигур из-за своей повышенной хрупкости. Несмотря на это, украшения из натурального камня выглядят грубовато в отличие от изделий из пластика или стекла.

Халькопирит и знаки зодиака

Красивое кольцо с халькопиритом

Халькопирит лоялен ко всем знакам Зодиака:

  • Козерогов убережет от неприятностей и сложных жизненных ситуаций.
  • Водолеи научатся с помощью камня трезво смотреть на привычные вещи.
  • Рыбы смогут подпитывать силы на физическом и энергетическом уровне.
  • Овны могут использовать халькопирит в качестве оберега в личной и семейной жизни.
  • Для Тельцов камень станет талисманом в достижении успеха в карьерном росте, бизнесе, покупке недвижимости.
  • Близнецов минерал научит находить общий язык с незнакомыми людьми, что будет способствовать расширению круга общения.
  • Ракам рекомендуется использовать халькопирит в целебных целях.
  • Львам камень добавит уверенности для достижения стратегических целей.
  • Девы станут мягче по отношению к близким людям.
  • Весам минерал поможет избавиться от мнительности и навязчивых идей.
  • Скорпионы с помощью камня смогут заработать авторитет, как в рабочем коллективе, так и узком семейном кругу.
  • Стрельцов халькопирит убережет от ошибок в принятии решений.

Камень благоволит каждому человеку, желающему привлечь удачу в коммерции, наладить деловые связи и заключить нужный контракт. Он не принесет негативного эффекта, однако не стоит слишком злоупотреблять свойствами камня. Достаточно несколько раз в месяц брать его с собой на деловые встречи или корпоративные вечера, чтобы добиться желаемого эффекта.
К содержанию

Минерал ХАЛЬКОПИРИТ Свойства халькопирита Состав

Происхождение названия: Название происходит от греческих слов “халькос” – медь, “пирос” – огонь

Другие названия (синонимы):

Медный колчедан

Свойства

Сингония: Тетрагональная

Состав (формула): CuFeS2

Цвет:

Латунно-жёлтый, зачастую с пёстрой или тёмно-жёлтой побежалостью

Цвет черты (цвет в порошке): Чёрная с зеленоватым оттенком, местами металлически блестящая

Прозрачность: Непрозрачный

Спайность: Несовершенная

Излом: Неровный

Блеск: Металлический

Твёрдость: 3,5-4

Удельный вес, г/см3: 4,1-4,3

Особые свойства:

Разлагается в азотной кислоте с выделением серы

Форма выделения

Халькопирит, как правило, встречается в виде неправильной формы вкрапленных зерен, в сплошных массах. Кроме того, известны колломорфные образования халькопирита в гроздевидных, почковидных формах.

Основные диагностические признаки

Халькопирит довольно легко узнаваем по характерным цвету, твёрдости, резко отличающейся от пирита, который на изломе часто покрыт побежалостью, напоминающей цвет халькопирита. Миллерит в зернах неправильной формы также бывает похож на халькопирит, но отличается более сильным блеском.

Происхождение

Халькопирит – обычный минерал гидротермальных сульфидных месторождений, где ассоциирует с пиритом, галенитом, сфалеритом, и другими минералами.
Халькопирит встречается в магматогенных медно-никелевых месторождениях в основных магматических породах в ассоциации с пенландитом, магнетитом, пирротином и др.
Еще один тип месторождений – так называемые “медистые песчаники”, где халькопирит вместе с халькозином, борнитом слагает цемент в тонкозернистых песчаниках.

Месторождения / проявления

Халькопирит – широко распространенный минерал.
В России: Удокан (Забайкалье), Сибай (Урал), Турьинские месторождения (Северный Урал), Норильская группа месторождений, Минусинские меторождения (Хакасия).
Зарубежные месторождения: Джезказган (Центральный Казахстан), Чукикамата (Чили), Бингхем (США), Зангезур (Армения) и многие другие.

Применение

Халькопирит – один из главных источников меди.

Что такое железный колчедан? Свойства и применение железного колчедана

Халькопирит — минерал, известный достаточно давно, это один из камней, которые использовались для получения огня. Будучи соединением меди, встречается в природе очень часто, так что к драгоценным самоцветам его не относят.
Несмотря на красивый металлический блеск и простоту в обработке, халькопирит редко применяется в ювелирном деле. Проблема в том, что он недолговечен: медь быстро окисляется, и изделия безнадежно теряют свою привлекательность.

История минерала

Халькопирит, или медный колчедан — это камень, с которым человечество познакомилось еще в каменном веке. Наши предки добывали с его помощью огонь, но с завершением древней эпохи минерал не потерял своей актуальности. По сей день из него выплавляют медь, хотя этом способ ее добычи уже достаточно устарел.


Медный колчедан был стратегическим материалом вплоть до Нового времени. Медь, получаемая из него, была необходима для колоколов, пушек, кухонной утвари, украшений. Кусочки кристалла наравне с пиритом использовались как огниво.

Когда человечество освоило добычу меди из тугоплавких руд и научилось изготовлять спички с зажигалками, халькопирит несколько утратил свое промышленное значение. С тех пор его используют в основном как материал для недорогих поделок.

Месторождения

Камень халькопирит встречается повсеместно. Чаще всего его добывают в залежах, содержащих много медно-никелевых и полиметаллических руд. Размер самородков составляет до 50 см. Самые крупные кристаллы поставляют на рынок следующие страны:

  • Казахстан;
  • Япония;
  • Мексика;
  • Австралия;
  • Франция.

Самые красивые экземпляры — французские. Не случайно именно в этой стране женщинам, пожертвовавшим свои золотые украшения на нужды армии, выдавались украшения из халькопирита. Это было во времена Наполеона, а также во Вторую мировую. С тех пор для французов медный или железный колчедан — символ патриотизма.

Внешний вид минерала и его месторождения

Формула серного колчедана такова, что его составляющие есть практически всюду. Неудивительно, что пирит встречается повсеместно. В то же время высококачественные, крупные образцы находятся редко. Продуктивные залежи есть во Франции, Польше, Испании, Америке, Австрии. Также добывают серный колчедан в России на Урале. В основном же минерал присутствует в породах в виде мелких зерен и вкраплений. Изредка обнаруживаются пиритовые друзы — разрастания кристаллов. Камни, подходящие для использования в ювелирном деле, добывают в Италии.

Часто пирит обнаруживается как ископаемое. Дело в том, что минерал может вытеснять кальций из раковин моллюсков, замещая его. В итоге раковины выглядят, будто позолоченные. Их находят как в древних, так и в относительно свежих отложениях пород.

Выглядит пирит красиво: светло-желтый или золотистый кристалл с явным металлическим отливом. Грани его идеально гладкие, почти зеркальные. Таким его свойством пользовались люди в далеком прошлом, изготавливая из камня зеркала.

Физико-химические свойства

Химическая формула халькопирита — CuFeS2. Твердость может колебаться между 3 и 4 баллами из 10 по шкале Мооса. Несмотря на мягкость, минерал достаточно плотный — порядка 4 грамм на кубический сантиметр.


Палитра оттенков минерала — от светло-желтого до насыщенного зеленого и синего.

Халькопирит оставляет черную черту, спайности у него нет, что делает его достаточно простым в обработке.

В составе минерала часто попадаются вкрапления других цветов, образованные различными породами. Эта разнородность — одна из причин, делающих его очень хрупким. На воздухе камень темнеет за несколько лет.

Физические и химические свойства минерала

Медный колчедан относится к одному из самых древних и распространенных медных соединений. Однако все его свойства неизвестны до сих пор. К физическим свойствам халькопирита можно отнести:

  1. Непрозрачность минерала.
  2. Его окрас может быть от зеленого до желтовато-латунного (на фото). При этом побежалость часто бывает пестроватой или ярко-синей.
  3. Плотность медного колчедана равна 4,3 г/см3.
  4. По шкале твердости он имеет 3,5–4, поэтому его легко можно поцарапать с помощью острого ножа.
  5. Халькопирит отличается металлическим блеском и может иметь примеси дорогостоящих металлов (золота, серебра и других).
  6. Минерал обладает высокой электропроводностью.
  7. Довольно часто встречаются камни с прожилками, вкрапленностями и зернистыми агрегантами.

Сульфид железа и меди, которым является халькопирит, при взаимодействии с углем становится черно-серым магнитным корольком. В соляной кислоте он не растворим, а при взаимодействии с азотной кислотой растворяется.

Температура плавления медного колчедана составляет тысячу градусов Цельсия. При длительном взаимодействии с воздухом камень постепенно начинает превращаться в малахит. Однако процесс этот занимает сотни лет.

Халькопирит только на треть состоит из меди, но из-за своей доступности широко используется для получения цветного металла.

Цветовая палитра

Халькопирит — минерал с богатой цветовой гаммой. Этим свойством он обязан богатству вариаций химического состава. Чистая порода ярко-зеленая, но встречается она достаточно редко.

Другие возможные оттенки:

  • синий или голубой;
  • золотисто-желтый;
  • лимонный;
  • салатовый;
  • темно-зеленый, малахитовый;
  • пестрый.

Большой интерес для геологов представляет так называемый магнитный королек. Это медный колчедан, смешанный с углем. Получается блестящий минерал матово-черного цвета.

Применение и уход

Медный колчедан применяется в качестве поделочного материала. Также из него изготовляют украшения, вправляя минерал в железо или серебро. Применение халькопирита для выработки меди больше неактуально. Иногда его еще используют в зажигалках в качестве огнива.


Самоцвет дешев и красив, но хрупок и требует бережного отношения.

Никаких особых секретов по его уходу нет: камень нуждается в защите от ударов, сотрясений, трения. Другая проблема связана с окислением кристалла. Чтобы он прослужил как можно дольше, его хранят в специальных стеклянных колбочках.

Время от времени минерал нужно чистить и мыть. Применять агрессивные моющие средства не стоит. Лучше всего воспользоваться обычной влажной тряпочкой. Погружать халькопирит в воду не рекомендуется — это ускорит его окисление.

Месторождения и применение

Месторождения халькопирита можно обнаружить практически по всему миру. Он не формирует отдельных объемных скоплений. Чаще всего соединяется с кварцевыми и хризолитовыми друзами.


Камень возможно обнаружить в роли сателлита пирротина из извергающихся вулканических породах в смеси с кубанитом, магнетитом, пентландитом и сульфидно-никелевых рудах. Халькопирит находится в метасоматических и жильных месторождениях. Халькопирит сопоставляют с тусклыми рудами, пиритом, со сфалеритом, галенитом и нерудными материями.

Зачастую он способен образовываться при притоке раствора с присутствием меди и разложения натуральных остатков в породах.

При химическом распаде вследствие выветривания колчедан разделяется на сульфат железа и меди, производя:

  • малахит и азурит;
  • фосфаты и ванадаты;
  • хризоколлу.

В России халькопирит присутствует почти во многих отложениях. На Урале есть огромные месторождения в метаморфизованных породах палеозойского периода. Почти 80% в них находят пирит, с которым взаимосвязан халькопирит.

На них основаны несколько подземных кладовых:

  1. Сибайское.
  2. Карпушинское.
  3. Левихинское.


Большая часть месторождений Хакасии и Урала относится к контактово-метасоматическим. На этих участках он соединен с магнетитом, пиритом и пирротином. Большие размеры кристалла находят в Приморье, на Среднем Урале. В Красноярском крае имеются медно-никелевые месторождения: Октябрьское, Талнахское. Из стран ближнего зарубежья минерал добывают в Казахстане (Джезказган), Грузия (Маднеули). Значительные залежи имеются в США, Чили, Перу, Канаде, Польше, Австралии и Индонезии.

Добыча колчедана осуществляется двумя способами:

  • открытый. Добыча руды производится в карьерах, где используют экскаваторы и грузовики с грузоподъемностью 250 тонн;
  • подземные. Большие рудники располагаются в Чили, Польше, России.

Круглогодичная выработка основных предприятий составляет коло 30 миллионов тонн руды.


Камень халькопирит – один из распространенных сульфидов меди и важнейший минерал медных руд. Он служит главным источником для выработки меди. Произведенная из него медь применяется в неизмененном состоянии и в качестве сплавов.

Важнейшей заказчик меди – это многие отрасли промышленного производства: кораблестроение, автомотостроение, электротехника, химическое, строительство.

Значение для здоровья

Литотерапевты — практики нетрадиционной медицины, которые занимаются лечением заболеваний с помощью драгоценных камней, называют следующие полезные свойства халькопирита:

  1. Способность снимать воспаление;
  2. Стерилизующий, противомикробный эффект;
  3. Улучшение работы желудочно-кишечного тракта, а также желез внутренней секреции.
  4. Нормализация метаболизма;
  5. Повышение аппетита;
  6. Помощь в излечении серьезных заболеваний кожи, таких как экзема, дерматит, акне;
  7. Улучшение ночного сна, способность избавить от ночных кошмаров;
  8. Уменьшение влияния стресса на нервную систему носителя;
  9. Улучшение выработки желчи.

Прежде чем надевать самоцвет с целью лечения, важно запомнить несколько вещей. Во-первых, лучше всего целебные камни помогают, если комбинировать их с терапией средствами официальной медицины. Во-вторых, у некоторых людей может быть аллергия на халькопирит, хотя это и редкое явление. Если хотите убедиться наверняка, попробуйте сдать иммунологические тесты.

Магическая сила самоцвета

Магические свойства халькопирита изучены достаточно хорошо. Его применяли в качестве оберега шаманы самых различных народов Земли. Когда минерал начали использовать как поделочную породу, интерес к чародейским особенностям медного колчедана возник и в цивилизованных странах.


С помощью камня можно защитить жилище от нечистой силы, воров, стихийных бедствий.

В Европе халькопирит принято считать женским самоцветом. Он помогает носительницам:

  • Наладить свою личную жизнь — найти подходящего человека или наоборот, отыскать в себе смелость порвать с отжившими себя отношениями.
  • Выглядеть в глазах мужчин более молодой и привлекательной, привлекать к себе больше сексуальной жизненной энергии.
  • Благополучно выносить беременность и родить здорового ребенка.

У шаманов Сибири и Северной Америки бытует поверье, что минерал может стать очень сильным оберегом.

Чтобы камень предоставил вам свое покровительство, его нужно разместить на всех подоконниках в доме с правой стороны.

Наконец, экстрасенсы считают медный колчедан профессиональным амулетом торговцев. С его помощью можно повысить прибыль, привлечь к себе удачу в любых сделках и начинаниях. Даже если ваша сфера деятельности не связана с коммерцией, вы сможете оценить по достоинству способность камня привлекать к носителю финансовые потоки.

Магические свойства

По словам практикующих магов, камень является мощным амулетом. Из него изготавливают обереги для защиты от природных несчастий и бедствий: разбойных нападений на жилище, наводнений, ураганов.

Камешек создает благоприятную мирную обстановку в доме и предотвращает семейные ссоры. Халькопирит оберегает владельцев от дурного взгляда завистливых людей. Маги рекомендуют положить минерал на подоконник за занавеску и оберегать его от посторонних глаз.

Колдуны считают халькопирит «женским» камнем. Он помогает женщинам найти свою любовь и выйти замуж. Минерал приносит своей обладательнице счастье, улучшает ее моральное самочувствие и оберегает от женских болезней.

Маги верят в благоприятное влияние колчедана на бизнесменов и всех, кто по профессии связан с деньгами. Предпринимателям рекомендуют носить камень в кармане или на шее в виде кулона. Он защищает от мошенников и способствует увеличению прибыли.

Не рекомендуется без перерыва носить украшение с колчеданом. Камень обязательно снимают на ночь и не надевают дольше 3-4 дней подряд.

Как отличить фальшивку

Стоимость халькопирита невысока, подделывают кристалл редко. Гораздо чаще происходит обратная ситуация: минерал выдают за более дорогие самоцветы или же за золото. Последнее было очень распространено в средневековье, из-за чего пириты называли «золотом дураков» или же «ослиным золотом».

Лучший способ избежать подобного обмана — покупать драгоценности и украшения только в крупных сертифицированных магазинах. Перед приобретением следует внимательно изучить паспорт изделия.

Чтобы отличить халькопирит от золота, нужно попробовать его поцарапать. Колчедан в месте повреждения выглядит черным или зеленоватым. Золото — желтое, возможно с красноватым оттенком.

Применение серного колчедана в промышленности

Сегодня пирит широко используется в ювелирном деле для изготовления разнообразных вставок и деталей украшений. В сочетании с некоторыми другими минералами его применяют в производстве детекторных радиоприемников. Когда-то пирит был задействован и в оружейном производстве, благодаря своей «искристости».

Из серного колчедана также получают серную кислоту (так называемым контактным методом). Для этого минеральное сырье измельчают и очищают путем флотации. Далее флотационный (очищенный) колчедан закладывают в печь для обжига, а после – в специальную поглотительную башню, где оксид серы (SO3) в сочетании с водой дает серную кислоту. Получаемые при этом процессе отходы (пиритные огарки) идут на производство строительного бетона.

Халькопирит и знаки зодиака

С точки зрения астрологии, у халькопирита нет противопоказаний по знаку зодиака. Больше всего он подойдет людям, принадлежащим стихии Огня — Львам, Стрельцам, Овнам. Их бурная энергетика будет гармонировать с камнем, который может направить ее в созидательное русло.


Халькопирит — универсальный камень и послужит талисманом всем зодиакальным знакам.

Всем остальным носителям придется потратить немного времени на то, чтобы наладить отношения со своим самоцветом, однако служить им он будет так же верно, как и знакам-фаворитам.

Лучше всего использовать халькопирит тем людям, которым он попался как будто случайно, или же тем, кому его подарили в знак искренней любви и привязанности. В таком случае самоцвет уже настроен на нового хозяина, так что пользу начнет приносить сразу.

География

Село Колчедан муниципального образования Каменский городской округ расположено в 19 километрах (по автотрассе в 20 километрах) к востоку-юго-востоку от города Каменск-Уральский, на левом берегу реки Исеть, в месте впадения небольшой речки Колчеданки в реку Исеть (приток Тобола)[2]. Село находится вблизи границы Свердловской и Курганской областей. В 1,5 км южнее села, находится выработанное месторождение бокситов — Соколовское (по названию ближайшей деревни). Со временем на месте карьера образовался глубокий водоём, который теперь называется озеро Хасан.

магические свойства медного колчедана, применение минерала, происхождение камня. Как отличить от пирита?

Камни и минералы

Халькопирит пользуется популярностью благодаря уникальной и необычной окраске. Есть несколько видов окраски, и каждая нашла свое применение в ювелирном искусстве.

Описание

Халькопирит имеет золотисто-желтый цвет, поэтому выглядит как золото. По-другому его еще часто называют медным колчеданом. О минерале есть много интересных фактов, а от золота его отличают некоторые физические свойства. Кроме того, что камень очень красивый, он еще и доступный.

В некоторых странах он известен как малахит, в других – как «павлиновая руда». Один из видов действительно переливается разными красками, что очень похоже на радугу. Чаще всего халькопирит известен как латунно-желтый минерал с химическим составом CuFeS 2. Он образуется в большинстве месторождений сульфида по всему миру. Добывать камень начали более тысячи лет назад, и тогда уже стали использовать его в качестве украшения, талисмана и дополнительного помощника в процессе лечения некоторых заболеваний.

При выветривании поверхность халькопирита теряет свой металлический блеск и латунно-желтый цвет.

Она тускнеет, становится серо-зеленого цвета, но при наличии кислот может начать переливаться разными красками. Именно радужные оттенки выдержанного халькопирита привлекают внимание ювелиров. Некоторые сувенирные магазины продают минерал, который обработали кислотой специально.

Физико-химические свойства

Халькопирит – это минерал, который представляет собой сульфид медного железа. Цвет может быть темным коричневым, иногда даже черным. Кристаллы напоминают тетраэдр и октаэдр, но они слегка асимметричны и поэтому классифицируются в тетрагональной системе.

Согласно физическим характеристикам, массовая доля железа и меди может отличаться, в зависимости от месторождения. Это полностью непрозрачный камень, с плотностью от 4,1 до 4,3, а если трещина и появляется на поверхности, она располагается неравномерно. Камень хрупкий, поэтому твердость по шкале Мооса – всего 3-4, вот почему халькопирит относят к хрупким минералам.

Камень находится в группе простых сульфидов. У минерала уникальный состав, поэтому он горит, это его свойство вложено даже в название, поскольку «пирос» в переводе означает «огонь». Найти минерал реально в магматической, метаморфической и осадочной породе. Отличить от золота можно, проведя небольшой тест. Золото мягкое, дает желтую полосу и имеет гораздо более высокий удельный вес. Халькопирит хрупок, оставляет черную полосу. Сложные полупроводники являются частью семейства халькопирита и расположены в середине троичной системы.

Основные месторождения

Халькопирит образуется при различных условиях. Некоторые из них первичны, тогда камень кристаллизуется из расплавов сопутствующих минералов в магматических породах. Некоторые формы магматической сегрегации находятся в стратифицированных породах, другие встречаются в пегматитовых и контактных метаморфических породах. Известно, что много вулканогенных массивных сульфидных отложений содержат халькопирит.

Наиболее значительные месторождения минерала являются гидротермальными по своему происхождению. Связанные рудные минералы включают пирит, сфалерит, борнит и халькоцит. Халькопирит служит источником меди для многих вторичных месторождений полезных ископаемых. Медь извлекается из него в процессе выветривания.

Халькопирит – довольно распространенный минерал. Самые большие месторождения есть в Англии, Румынии. Большие кристаллы находят в Родопских горах в Болгарии. В шахте Драйзлар, Северный Рейн-Вестфалия, Германия, ведется добыча небольших экземпляров. В Китае крупные кристаллы встречаются в провинции Хунань.

Добывают минерал и в Свердловской области, в России. Много точных кристаллов халькопирита находят в Мексике: Сакатекас, Консепсьон-дель-оро и Сан-Мартин. Шахта в Серро-де-Паско в Перу также заслуживает внимания.

В США добыча ведется в трех штатах:

  • Канзас;
  • Оклахома;
  • Миссури.

В Пенсильвании находили большие кристаллы, которые высоко оценили коллекционеры.

Применение

В промышленности халькопирит используется в качестве медной руды. Этот метод существует уже более пяти тысяч лет. Некоторые виды руды содержат значительное количество цинка, заменяющего железо, другие – серебро или золото. Кроме того, минерал имеет особое магическое значение, ему приписываются особые свойства и в методах альтернативной медицины. Хозяйственного применения камень не имеет.

Халькопирит также известен как камень мистика, потому что он может открывать коронную чакру и каналы для потока информации.

Этот кристалл помогает медитации, улучшает восприятие. Халькопирит развивает и укрепляет внутреннее видение.

Его можно использовать людям, у которых имеются проблемы с дыхательной системой. Он может также помочь уменьшить воспаление и лихорадку, это хороший лекарь в борьбе с инфекционными заболеваниями, в том числе легочными, горловыми, бронхиальными.

Этот кристалл, по мнению некоторых последователей альтернативной медицины, способен улучшить рост волос, особенно если совместить его с родохрозитом. Он благоприятно влияет и на давление. Камень может освобождать тело от токсинов, он также имеет способность защищать от побочных эффектов длительных медицинских процедур. Из других лечебных свойств халькопирита можно выделить следующие:

  • положительно воздействует на воспалительные процессы в организме;
  • оказывает антимикробный эффект;
  • активирует систему пищеварения;
  • улучшает метаболизм, соответственно, можно носить людям, которые хотят похудеть;
  • благоприятно влияет на аппетит;
  • можно использовать в качестве дополнительного помощника в решении вопросов кожных заболеваний;
  • оказывает положительное влияние на сон и психику человека, поэтому его стоит носить при постоянном нервном напряжении.

Как и большинство камней и кристаллов золотистого оттенка, халькопирит – это минерал изобилия. Он привлекает в жизнь богатство и изобилие, вот почему талисманы с ним приносят удачу. Халькопирит сильно резонирует с чакрой солнечного сплетения, которая тоже известна как энергетическая.

Он поможет привлечь деньги и вернуть все, что человек потерял.

Халькопирит является драгоценным камнем, который может повысить способность владельца добиваться успехов в бизнесе. Его часто используют в качестве амулета, что позволяет получить прибыль по максимуму. Этот камень благоволит торговцам, помогает наладить коммуникацию и обрести необходимые навыки общения. Халькопирит также называют медным пиритом, он содержит в себе энергию пирита и меди, поэтому символизирует огонь и любовь.

Халькопирит полезен для фиксации «стоячей» энергии. Его хорошо использовать, когда необходимо преодолеть спад удачи. Минерал поможет разрешить проблемы, усилит слабую энергетику. Амулеты из камня используются в качестве средства защиты от злых духов. Они хорошо чувствуют негативную энергию и помогают избегать ее негативного влияния. Этот драгоценный камень ведет своего владельца в правильном направлении.

Как отличить от пирита?

Люди, у которых отсутствует геологическое образование, не видят отличий между пиритом и халькопиритом. Им кажется, что разницы нет, поскольку необработанные минералы внешне очень схожи. Однако существуют определенные диагностические признаки.

Поскольку пирит довольно твердый, его нельзя поцарапать гвоздем, а вот халькопирит повредить очень даже можно.

Название «золото дураков» ассоциируется с пиритом, потому что он чаще всего встречается. Халькопирит тоже путают с драгоценным металлом, но он может при взаимодействии с кислотой выделять серу. Химический состав пирита – FeS 2, халькопирита – CuFeS 2. Пирит не содержит меди, а во втором минерале она есть.

Кому подходит?

Халькопирит подходит всем знакам зодиака, и каждому представителю он готов предоставить определенные привилегии.

  • Астрологи утверждают, что халькопирит положительно влияет на взаимоотношения, поэтому его рекомендуют носить Овнам, которые хотят найти свою вторую половинку или готовы создать семью.
  • Удачу в бизнесе и содействие в работе минерал обещает Тельцам, знакам более приземленным. Его нужно носить тем, кто стремится приобрести собственное жилье.
  • Скромным и застенчивым Близнецам халькопирит поможет отыскать новый круг общения, более того, ношение минерала положительно сказывается на состоянии здоровья, помогает снизить аллергические реакции.
  • Для здоровья советуют носить халькопирит и Ракам, поскольку он быстро справляется с воспалением, уничтожает вредные микроорганизмы.
  • Несмотря на свой вспыльчивый характер, Львы обладают неуверенной натурой, хотя и склонны всеми силами скрывать это от других. Минерал может стать помощником в этом деле, даст уверенность, позволит реализовать запланированные задачи.
  • Девам ношение камня сулит гармонию в семье и хорошее здоровье, Весам он придаст уверенности, впрочем, как и Скорпионам, которые отличаются непостоянством, поэтому часто меняют планы.
  • Стрельцы склонны к совершению множества ошибок по жизни, минерал помогает избежать их, поставит на верный путь, улучшит нервное состояние, сон.
  • Если Козерог сталкивается со сложной для себя ситуацией, то халькопирит дает необходимое количество сил, чтобы с ней справиться. Ношение амулета из этого минерала позволяет Водолеям переоценить собственную жизнь и сделать ее более понятной, в первую очередь, для себя.
  • Подверженным болезням Рыбам требуется постоянно носить при себе халькопирит, поскольку он укрепляет иммунную систему, способствует улучшению общего состояния здоровья.

Подробнее о халькопирите смотрите в следующем видео.

магические свойства и кому подходит по знаку зодиака

Халькопирит минерал: свойства и состав, описание и формула

Халькопирит фото минерала

Увидев халькопирит на фото, можно поразиться способности природы создавать удивительные вещи.

Облик кристаллов минерала настолько совершенен, что кажется, будто они побывали в руках неизвестного камнереза.

Свое название минерал получил по составу. Сложный сульфид меди назвали «халкос», что в переводе с греческого означает «медь».

Впервые этот термин был использован немецким химиком И. В. Хенкелем.

Своим цветом и структурой халькопирит напоминает червонное золото, поэтому его называют золотая обманка.

Другие термины, которые используются для обозначения халькопирита: медный колчедан, купропирит.

Халькопирит это сульфид меди. Химическая формула халькопирита: CuFeS2.

Часто в качестве примесей этот минерал содержит золото, титан или селен.

Золотисто-желтый цвет минерала дополняет богатый металлический блеск. Именно поэтому внешне он очень похож на самородное золото.

Сам минерал непрозрачен, с низкими показателями твердости. Благодаря высокому содержанию железа (до 36%) быстро окисляется на воздухе.

В результате окисления халькопирит темнеет, и на его поверхности образуется ярко выраженная радужная пленка (побежалость).

Быстро растворяется в кислотах, выделяя медь.

Основные физические свойства халькопирита:

  • прозрачность — непрозрачен
  • блеск — металлический
  • твердость — 3,5
  • плотность — 4,1-4,3 г/см3
  • спайность — несовершенная
  • излом — неровный
  • сингония — тетрагональная

Образование халькопирита

Минерал халькопирит не образует отдельных больших скоплений. Чаще всего его находят среди полиметаллических руд совместно с галенитом или сфалеритом.

Кристаллы минерала имеют красиво очерченную форму с ярко выраженной штриховкой на гранях.

Месторождения халькопирита

Месторождения минерала халькопирита известны во всем мире.

В России он присутствует в Березовском месторождении (Урал) и в Дальнегорске (Приморский край).

Находками больших кристаллов славятся Франция, Япония, Казахстан, Мексика, Чили.

Применение халькопирита

Несмотря на сравнительно невысокое (до 36%) содержание меди, халькопирит выступает главным промышленным источником этого материала.

Его переработка имеет низкую себестоимость и позволяет получить большое количество меди.

Особенно ценятся экземпляры халькопирита, сросшиеся с кварцем.

Также этот минерал получил распространение в среде ювелиров. Чаще всего его гранят кабошоном и вставляют в изделия из серебра.

Круглые обработанные кабошоны золотого цвета со временем темнеют и приобретают бронзовый цвет.

Однако это не отпугивает любителей натуральных минералов в ювелирных украшениях.

Красивые кристаллы этого минерала очень популярны среди коллекционеров.

Лечебные свойства халькопирита

О лечебных свойствах камня халькопирита было известно еще в древности.

На Руси его клали возле роженицы, считалось, что он облегчает роды. Также его держали во рту — для белых и здоровых зубов.

Современные литотерапевты говорят о свойствах халькопирита с придыханием. Этот минерал очень полезно носить абсолютно всем.

Он продлевает молодость и дарит жизненные силы, укрепляет иммунитет и избавляет от анемии.

Халькопирит способен влиять на качество крови, именно поэтому он оздоравливает весь организм изнутри.

Магические свойства халькопирита

Свои магические свойства камень халькопирит раскрывает для любителей легких денег и богатства. Надев украшение с этим минералом, его хозяин легко находит новую денежную работу, выигрывает в лотерею или получает наследство.

Деньги приходят словно из ниоткуда и, главное, задерживаются в руках у своего владельца. Недаром в древние времена существовало поверье, что найденный халькопирит помогает найти залежи самородного золота.

Помимо привлечения богатств этот камень помогает развить в человеке способность различать хороших и плохих людей. У владельца самоцвета усиливается интуиция, которая и позволяет почувствовать злые помыслы.

В Индии этот камень часто используют йоги. Считается, что халькопирит способен накапливать и перерабатывать плохую энергетику во время медитаций. Для этого небольшой самоцвет необходимо положить перед медитирующим.

Халькопирит камень: кому подходит по знаку зодиака

Халькопирит помогает каждому знаку зодиака. Этот камень имеет необычайно легкую энергетику и потому не приносит никому вреда.

Солнце является покровителем этого самоцвета. Поэтому каждый знак зодиака, надев украшение с халькопиритом, станет более обаятельным и привлекательным для окружающих.

Однако астрологи особенно рекомендуют надевать этот минерал Козерогам. Он способен уменьшить их природное упрямство и лень.

Применение пирита и халькопирита в качестве сенсорного электрода для амперометрического обнаружения и измерения пероксида водорода

Характеристики твердотельных амперометрических датчиков на основе природных сульфидных минералов, , т. Е. , пирита и халькопирита, были охарактеризованы для обнаружения и измерения пероксида водорода (H 2 O 2 ) в водная среда. Датчики показали широкий диапазон линейной зависимости между током срабатывания и концентрацией H 2 O 2 от 1.0 × 10 −5 моль л −1 до 1,0 × 10 −2 моль л −1 и 1,0 × 10 −4 моль л – 1 до 3,0 × 10 −2 моль л −1 для пирита и халькопирита соответственно. Предел обнаружения (LOD) был всего лишь 8,6 × 10 −6 моль л −1 и 5,2 × 10 −5 моль л −1 (S / N = 3) соответственно.Электроды показали высокую чувствительность, повторяемость и короткое время отклика (менее 5 с). Результаты показывают, что пирит и халькопирит могут использоваться в качестве естественного, недорогого, надежного и чувствительного датчика для обнаружения перекиси водорода, создавая новое и ценное применение для сульфидных минералов.

Эта статья в открытом доступе

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова?

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

CuInSe2 и родственные соединения халькопирита I – III – VI2 для фотоэлектрических приложений

CuInSe 2 и родственные ему I – III – VI 2 Соединения халькопирита изучались около 50 лет для применения в поглотителях в поликристаллических тонкопленочных солнечных элементах.Несколько исследовательских групп разработали солнечные элементы Cu (Ga, In) Se 2 , Cu (Ga, In) (S, Se) 2 и (Cu, Ag) (Ga, In) Se 2 с эффективностью преобразования. выше 20%. Энергия запрещенной зоны этих материалов-поглотителей в высокоэффективных солнечных элементах составляет менее 1,2 эВ. В настоящее время соединения халькопирита с широкой запрещенной зоной, такие как богатый галлием Cu (Ga, In) Se 2 , Cu (Ga, In) S 2 и богатый галлием (Cu, Ag) (Ga, In) Se 2 , привлекли внимание как поглощающие материалы для верхних элементов солнечных элементов тандемной структуры.Однако эффективность преобразования этих солнечных элементов с широкой запрещенной зоной не может достигать 20%. I – III – VI 2 Соединения халькопирита состоят из трех или более элементов, и их кристаллическая и электронная структура более сложна, чем полупроводниковые соединения III – V или II – VI. В частности, фазовые диаграммы, содержащие соединения халькопирита I – III – VI 2 , сложны и сильно различаются в зависимости от систем материалов. В этой статье представлен обзор текущего состояния наших материаловедческих представлений о соединениях халькопирита I – III – VI 2 .В частности, мы обсуждаем различия между CuInSe 2 и другими соединениями халькопирита на основе их фазовых диаграмм I 2 VI – III 2 VI 3 псевдобинарных систем, таких как Cu 2 Se – In 2 SE 3 .

CuInSe 2 (CISe), родственные ему соединения халькопирита I – III – VI 2 и их твердые растворы привлекли внимание как наиболее многообещающие поглотительные материалы для поликристаллических тонкопленочных солнечных элементов, поскольку они имеют подходящую ширину запрещенной зоны и высокие коэффициенты поглощения солнечного излучения.Недавно компания Solar Frontier (SF) (Idemitsu Kosan) продемонстрировала поликристаллический тонкопленочный солнечный элемент с наивысшей эффективностью преобразования 23,35%. 1) В качестве материала поглотителя использовалась 6-компонентная система Cu (Ga, In) (S, Se) 2 (CIGSSe), легированная серебром. 2) Этот материал поглотителя можно рассматривать как твердый раствор четырех соединений халькопирита: CuInSe 2 (CISe), CuGaSe 2 (CGSe), CuInS 2 (CIS) и AgInSe 2 (AISe ). Для разработки более эффективных солнечных элементов CISe необходимо понимать не только CISe, но и другие соединения халькопирита I – III – VI 2 , такие как CGSe, CIS и AISe.В последнее время соединения халькопирита с широкой запрещенной зоной I – III – VI 2 были в центре внимания интенсивных исследований для разработки верхних ячеек с широкой запрещенной зоной в ячейках с тандемной структурой.

Самый ранний исчерпывающий обзор полупроводниковых халькопиритов – это классическая книга, написанная Шэем и Верником. 3) В книге основное внимание уделяется физическим и оптоэлектронным свойствам соединений халькопирита I – III – VI 2 и II – IV – V 2 . Затем Памплин, Кийосава и Масумото рассмотрели нестехиометрию и твердый раствор соединений халькопирита. 4) Физические свойства соединений халькопирита обобщены в сборнике данных Ландольта – Бернштейна. 5) Профессиональная группа мультинарных соединений и солнечных элементов в Японии опубликовала обзоры исследований по тройным и мультикамным соединениям. 6) Стэнбери рассмотрел CISe и родственные ему соединения для фотоэлектрических приложений. 7) Недавно широкозонные халькопиритовые соединения были включены в обзор широкозонных халькогенидных полупроводников. 8)

В этой статье мы даем обзор текущего состояния нашего понимания материаловедения о соединениях халькопирита I – III – VI 2 для фотоэлектрических приложений.Мы сосредоточены на кристаллических структурах, электронных структурах и нестехиометрии соединений халькопирита и некоторых родственных соединений в системе I 2 VI – III 2 VI 3 , таких как CuIn 3 Se 5 и CuIn 5 SE 8 . Мы обращаемся к эффектам замещения некоторых элементов в CuInSe 2 на электронные структуры, такие как энергия запрещенной зоны и уровни энергии максимума валентной зоны (VBM) и минимума зоны проводимости (CBM).Это связано с тем, что величина смещений валентной зоны и зоны проводимости очень важна в солнечных элементах с гетеропереходом с поглотителем из халькопирита и такими материалами буферного слоя, как CdS. 9) Обсуждаются различия в нестехиометрии фазы халькопирита (CuInSe 2 ) и в образовании родственных соединений (I 2 VI) – n (III 2 VI 3 ) на основу фазовой диаграммы. Соединение (I 2 VI) – n (III 2 VI 3 ) с n = 1 является I – III – VI 2 (Cu 2 Se + In 2 Se 3 = 2CuInSe 2 ), соединение с n = 3 – это I – III 3 –VI 5 (Cu 2 Se + 3In 2 Se 3 = 2CuIn 3 Se 5 ), а соединение с n = 5 – I – III 5 –VI 8 (Cu 2 Se + 5In 2 Se 3 = 2CuIn 5 Se 8 ).Мы используем фазовую диаграмму как основу для проектирования процесса осаждения высококачественных тонких пленок.

Основная структура типа халькопирита – структура типа сфалерита. В кубическом ZnSe типа сфалерита атомы Se расположены в кубической плотной упаковке (ccp), а атомы Zn занимают тетраэдрические позиции в атомах ccp Se. В CulnSe 2 типа халькопирита атомы Se также расположены в ccp, а атомы Cu и ln регулярно занимают тетраэдрические позиции в атомах ccp Se.Отрицательные атомы Se тетраэдрически окружены двумя положительными атомами Cu и двумя атомами In. Следовательно, длина оси c элементарной ячейки для структуры халькопирита почти вдвое больше длины оси a . Кристаллическая структура CuInSe 2 типа халькопирита показана на рис. 1 (а). Параметры кристаллической структуры ZnSe типа сфалерита и CulnSe 2 типа халькопирита показаны в Таблицах I (a) и I (b), соответственно 10–12) Это просто, если атом Se расположен в происхождение элементарных ячеек структур сфалерита и халькопирита.Однако в структуре халькопирита атом Se смещен из идеального положения. Следовательно, атомы Zn и Cu находятся в начале своих элементарных ячеек. В ZnSe атом Se находится в положении (1/4, 1/4, 1/4). В CuInSe 2 типа халькопирита атом Se смещен от идеального положения (1/4, 1/4, 1/8) в направлении x к координате (0,226, 1/4 , 1/8). Координата атома Se x (параметр u = 0.226) – параметр, характеризующий структуру халькопирита.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 1. Кристаллическая структура (а) CuInSe 2 типа халькопирита и локальная структура (б) Se в CuInSe 2 .

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

Таблица I. Параметры кристаллической структуры сфалерита (а) ZnSe 10) и (б) CulnSe типа калькопирита 2 11) и (в) CuIn типа станнита 3 Se 5 . 12)

903 903733
(a) ZnSe типа сфалерита
Группа кристаллов: кубическая (№ 216)
Параметр решетки a = 5,669 (1) Å
Сайт Атом х л z
4a Zn 0 0 0
4b Se 1/4 1/4 1/4 1/4
(b) CulnSe типа халькопирита 2
Кристаллическая система: тетрагональная, Пространственная группа: I () 2d (No.122)
Параметры решетки: a = 5,7810 (13) Å, c = 11,6422 (3) Å, c / a ( η ) = 2,014
Сайт Атом х л z Занятость площадки
4a Cu 0 0 0 1
4b В 0 0 1/2 1 0.226 ( и ) 1/4 1/8 1
(c) Культиватор станнитного типа 3 Se 5 Кристаллическая система: тетрагональная, Пространственная группа: I () 2m (№ 121)
Параметры решетки: a = 5,75812 (2) Å, c = 11,53593 (7) Å, c / a = 2,003
Сайт Atom х л z Занятость площадки
2a Cu 0 0 0 0.274
2b В 0 0 1/2 0,866
4d Cu 0 1/2 9037 903 4d дюйм 0 1/2 1/4 0,734
8i Se 0,2308 (3) 1/4 0,1155 (2)

Еще одним параметром, характеризующим структуру халькопирита, является отношение постоянных решетки, c / a ( η ).Отношение постоянных решетки ( η ) немного отклоняется от идеального значения 2. Расстояние между Cu и Se составляет R Cu – Se , а расстояние между In и Se составляет R In – Se . Эти различия связаны с кристаллографическими данными следующим образом: 13)

Следовательно, u – 1/4 = {( R 2 Cu – Se – R 2 In – Se ) 1/2 } / a представляет собой степень разницы в длине связи между Cu – Se и In – Se.Таким образом, сравнивая кристаллические структуры соединений халькопирита, мы обращаем внимание не только на постоянные решетки a и c , но и на их соотношение c / a ( η ) и c . x – координата атома Se (параметр и ).

Локальная кристаллическая структура Se в CuInSe 2 показана на рис. 1 (б). Атом Se в положении (0,226, 1/4, 1/8) тетраэдрически окружен двумя атомами Cu в положениях (0, 0, 0) и (0, 1/2, 1/4) и двумя атомами In. в позициях (1/2, 1/2, 0) и (1/2, 0, 1/4).Из рисунка видно, что связи Cu – Se – In связаны в плоскости x – y (направление 〈110〉 и 〈0〉) и Cu – Se – Cu и In – Se – In. Связи соединены в направлении оси z . Разница в химической связи между плоскостью x – y и направлением оси z вызывает отклонение отношения постоянных решетки c / a ( η ) от идеального значения 2 В таблице II приведены кристаллические структуры соединений халькопирита I – Ⅲ – VI 2 .Элементы группы I включают Cu и Ag, элементы группы III включают Al, Ga и In, а элементы группы включают S и Se. Видно, что отношения постоянных решетки c / a ( η ) для соединений Cu близки к идеальному значению 2, а для соединений Ag – значительно меньше. Филлипс указал, что отношение постоянных решетки соединений халькопирита связано с гибкостью химических связей в соединениях халькопирита. 14) Он предположил, что связь I – VI – III в плоскости x – y труднее деформировать, чем связи I – VI – I и III – VI – III в направлении z .Связь I – VI – III имеет в среднем 8 электронов / связей. С другой стороны, связь I – VI – I имеет в среднем 7 электронов, а связь III – VI – III – в среднем 9 электронов. Следовательно, повторение связи I – VI – III в плоскости x – y сложнее, чем повторение связей I – VI – I и III – VI – III. Ранее мы указывали, что в соединениях халькопирита связь между I – VI слабее, чем между III – VI. 15) Отношения постоянных решетки ( η ) для соединений Cu близки к идеальному значению 2, а для соединений Ag значительно меньше 2.Результат свидетельствует о том, что связь Ag – VI – Ag более мягкая и деформируется легче, чем связь Cu – VI – Cu.

Таблица II. Кристаллографические параметры и энергия запрещенной зоны соединений I – III – VI 2 соединений халькопирита.

2,977333
Соединение а (Å) с (Å) c / a u E г (эВ) ICSD #
CuAlS 2 5.33 10,43 1,957 0,268 3,49 607074
CuGaS 2 5,351 10,477 1.957 1.957 903 5,522 11,141 2,018 0,242 1,53 186714
CuAlSe 2 5,62 11.21 1,995 0,26 2,72 198537
CuGaSe 2 5,612 11,013 1,962 0,26 1,962 0,26 1,962 0,26 1,63 11,642 2,014 0,226 0,99 Арт. 11
AgGaS 2 5,758 10.307 1,785 0,282 2,64 603823
AgInS 2 5,876 11,201 1,906 0,264 9 10,78 1,81 0,27 2,5–2,7 604706
AgGaSe 2 5,992 10,886 1.817 0,275 1,80 605202
AgInSe 2 6,092 11,64 1,91 0,26 1,24 атом положение (1/4 1/4 1/8) обусловлено различием атомных радиусов (ковалентных радиусов) между атомом группы I и атомом группы III. Это легко понять из локальной структуры атома Se, показанной на рис.1 (б). В таблице III показаны ковалентные радиусы элементов, содержащихся в соединениях халькопирита I – III – VI 2 , представленных в таблице II. 16) Когда отношение ковалентного радиуса элемента группы I и элемента группы III, r I / r III , равно 1, параметр u становится значением, близким к идеальное значение 0,25, и когда отношение ковалентных радиусов становится меньше 1 ( r I / r III <1), параметр u становится меньше 0.25. И наоборот, когда отношение ковалентных радиусов больше 1 ( r I / r III > 1), параметр u становится больше 0,25. Например, когда соотношение r Cu / r для CuInSe 2 составляет 0,87, параметр u равен 0,226, что меньше идеального значения 0,25, тогда как в случае AgGaSe 2 , r Ag / r Ga равно 1.15, поэтому параметр u становится 0,275, что больше идеального значения 0,25.

Таблица III. Ковалентные радиусы и электроотрицательности элементов, содержащихся в соединениях халькопирита I – III – VI 2 , приведенных в таблице II, и некоторых контрольных элементах. 16)

13 333
Группа
11 12 13 14 155 15 16 14 15 16
Элемент (символ) Al Si P S
Ковалентный радиус (pm) 128.5 117,6 108,4 104,2
Отрицательность a ) 1,613 1,916 2,532 2,589 29 30 31 32 33 34
Cu Zn Ga Ge As Se
127.1 130,4 127,5 122,5 117,4 114,5
1,85 1,588 1,756 1,994 2,2365 11 2,4 47 48 49 50 51 52
Ag Cd In Sn Sb Te
147.3 148.2 145.5 140.0 136.3 133.5
1.87 1.521 1.656 1.824 1.984len 1.984len шкала.

В таблице IV показаны энергии запрещенной зоны ( E г ) и энергетические уровни VBM и CBM для полупроводника элемента IV группы Ge, соединения III – V GaAs и соединения II – VI ZnSe. 17) Все составляющие элементы в Ge, GaAs и ZnSe находятся в четвертом периоде периодической таблицы. В сериях Ge, GaAs и ZnSe ширина запрещенной зоны имеет тенденцию к увеличению с увеличением ионности их химической связи: Ge – Ge, Ga – As и Zn – Se. Ионность химической связи можно оценить по разнице в электроотрицательности составляющих элементов. При изменении порядка Ge, GaAs и ZnSe уровень CBM существенно не изменяется, но уровень VBM становится глубже.Соединение I – III – VI 2 со всеми элементами четвертого периода периодической таблицы, CuGaSe 2 со структурой халькопирита, имеет значительно более узкую запрещенную зону, чем соответствующее соединение II – VI, ZnSe. Уровень VBM CuGaSe 2 значительно выше, чем у ZnSe. Таким образом, характеристики химических связей в соединении халькопирита I – III – VI 2 отличаются от характеристик обычных полупроводниковых соединений II – VI. Это преимущество материала поглотителя в поликристаллических солнечных элементах с высоким КПД. 15)

Таблица IV. Энергии запрещенной зоны ( E g ) и энергетические уровни максимума валентной зоны (VBM) и минимума зоны проводимости (CBM) от уровня вакуума, а также разность электроотрицательностей (Δ χ ) между катионными и анионными атомами группы Полупроводник с IV элементом Ge, соединение III – V GaAs, соединение II – VI ZnSe и соединение I – III – VI 2 CuGaSe 2 со структурой типа халькопирита. Все составляющие элементы присутствуют в 4-м периоде таблицы Менделеева. 17,21) Данные для CuInSe 2 со структурой типа халькопирита приведены для справки.

− 903 903 903
Тип VI III – V II – VI I – III – VI 2 I – III – VI 2
Материал Ge GaAs ZnSe CuGaSe 2 CuInSe 2
E г (эВ) 0.66 1,43 2,58 1,65 0,99
VBM (эВ) −4,79 −5,17 −6,67 −5,20 −4,13 −4,07 −4,09 −3,55 −4,26
Δ χ 0 0,455 0,836 0,571 0,671

Группа фундаментальных научных исследований Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии теоретически изучила электронную структуру и энергию образования дефектов CISe и связанных I – III – VI 2 Соединения халькопирита для фотоэлектрических применений с 1980-х годов. 13,18) Мы изучаем электронную структуру этих соединений халькопирита с химической точки зрения с 2005 года. 19) Мы показали, что VBM соединений халькопирита I – III – VI 2 состоят из разрыхляющих орбиталей из (I nd + VI n’p) и CBMs состоят из разрыхляющих орбиталей (III n’s + VI n’p).

Электронная структура соединений халькопирита I – III – VI 2 может быть легко понята на основе предложенных нами схематических диаграмм молекулярных орбиталей (I – VI 4 ) 7– и (III – VI 4 ) 5− скоплений. 20) Объясним электронную структуру соединения халькопирита I – III – VI 2 на примере CuInSe 2 . На рис. 2 показаны схематические диаграммы молекулярных орбиталей кластеров CuSe 4 7− и InSe 4 5−. 21) Орбиталь VBM (HOMO) состоит из разрыхляющих орбиталей Cu 3d и Se 4p, а орбиталь CBM (LUMO) состоит из разрыхляющих орбиталей In 5s и Se 4p. Ширина запрещенной зоны CuInSe 2 представляет собой разность энергий между уровнями VBM и CBM.Следовательно, уровень VBM в соединении халькопирита I – III – VI 2 значительно изменяется при замене элемента группы I, такого как замещение Cu на Ag. С другой стороны, уровень CBM значительно изменяется при замене элемента III группы, такого как In, на Ga. Следовательно, уровень VBM Cu (Ga x In 1– x ) Se 2 Система твердых растворов не претерпевает значительных изменений при увеличении содержания Ga. С другой стороны, уровень CBM увеличивается с увеличением содержания Ga.Схематические диаграммы молекулярных орбиталей кластера GaSe 4 5- в CGSe показаны для сравнения с таковой кластера InSe 4 5- в CISe. Уровни как VBM, так и CBM значительно изменяются при замене элемента группы VI, такого как Se, на S. Напротив, замещение элемента группы I мало влияет на уровень CBM соединения халькопирита I – III – VI 2 и элемент III группы мало влияет на уровень VBM. Чтобы количественно определить эффекты замещения, мы должны экспериментально определить уровни VBM и CBM в твердых растворах.Мы сделали трехмерную (3D) карту запрещенной энергии Cu (Ga x In 1– x ) (S y Se 1– y ) 2 пятеричная система. Мы также сделали трехмерную карту уровней энергии VBM и CBM системы CIGSSe на основе энергий ионизации, измеренных с помощью фотоэмиссионной спектроскопии выхода, и энергий запрещенной зоны. 21) На рисунке 3 показаны трехмерные графики уровней энергии VBM и CBM от уровня вакуума Cu (Ga x In 1– x ) (S y Se 1– y ) 2 Система халькопирита в зависимости от содержания Ga, x , и содержания S, y .

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 2. (Цветной онлайн) Схематические диаграммы молекулярных орбиталей кластеров CuSe 4 7−, InSe 4 5− и GaSe 4 5−. 21)

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Фиг.3. (Цветной онлайн) Трехмерные графики уровней энергии VBM и CBM от уровня вакуума Cu (Ga x In 1– x ) (SySe 1– y ) 2 Система халькопирита в зависимости от содержания Ga, x , и содержания S, y . 21)

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

Фазовые диаграммы системы Cu – In – Se были критически рассмотрены Шеном в базе данных Ландольта – Бернштейна. 22) Псевдобинарная система Cu 2 Se – In 2 Se 3 интенсивно изучалась, поскольку она включает некоторые важные соединения для фотоэлектрических приложений. 23,24) На наиболее надежной фазовой диаграмме 24) горизонтальная ось отображена атомными процентами (ат.%) In. Мы преобразовали их горизонтальную ось из атомных процентов (ат.%) In в мольные проценты (мол.%) In 2 Se 3 , чтобы легко сравнить с фазовыми диаграммами других систем.Перерисованная фазовая диаграмма псевдобинарной системы Cu 2 Se – In 2 Se 3 представлена ​​на рис. 4. В системе три тройных соединения: CuInSe 2 ( α ), CuIn 3 Se 5 ( β ) и CuIn 5 Se 8 ( γ ) расположены на бедной Cu стороне Cu 2 Se – In 2 Se 3 система. Эти соединения имеют широкий диапазон гомогенности. CuInSe 2 ( α ) имеет тетрагональную структуру халькопирита с 3C {A – B – C} наложением Se и CuIn 3 Se 5 ( β ) имеет тетрагональную структуру станнита с 3C {A– B – C} укладка Se.CuIn 5 Se 8 ( γ ) имеет гексагональную слоистую структуру с наложением Se 5H {A – B – C – A – B}, а In 2 Se 3 имеет структуру вюртцита с гексагональными дефектами с Se 2H {A – B} укладка. 25) Термодинамическое описание Cu 2 Se – In 2 Se 3 было получено путем оптимизации имеющейся информации о фазовом равновесии и термодинамической информации наряду с прямыми результатами экспериментов с электродвижущей силой. 26)

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Фиг.4. Перерисованная фазовая диаграмма для псевдобинарной системы Cu 2 Se – In 2 Se 3 на основе представленной диаграммы. 24) α : халькопирит CuInSe 2 , β : станнит CuIn 3 Se 5 , γ : гексагональный CuIn 5 Se 8 , δ 9000 Cu4: сфа , ε : Cu 13 In 3 Se 11 , τ 1 : Cu 2 Se (<123 ° C), τ 2 : Cu 2 Se (123–1148 ° C), ρ 1 : In 2 Se 3 (201–742 ° C), ρ 2 : In 2 Se 3 (742–897 ° С).

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

Группа Euro-CIS впервые обнаружила фазу с дефицитом Cu на поверхности пленок CISe с низким содержанием Cu в 1993 году. 27) Они предположили, что фаза с дефицитом Cu играет важную роль в солнечных элементах с гетеропереходом CdS / CISe. Они назвали соединение с упорядоченными вакансиями с низким содержанием меди (OVC). Многие исследования Cu-дефицитного соединения, CuIn 3 Se 5 ( β ), были выполнены из-за его потенциала для улучшения характеристик солнечных элементов CISe. 28–30) Низкая энергия образования пары дефектов (2V Cu −1 + In Cu +2 ) может объяснить существование ряда бедных Cu тройных соединений (Cu 2 Se) – n (In 2 Se 3 ), например CuIn 3 Se 5 ( n = 3) с большими диапазонами однородности. 31,32) Наша группа подробно изучила кристаллическую структуру CuIn 3 Se 5 с помощью дифракции рентгеновских лучей и просвечивающего электронного микроскопа и обнаружила, что бедное Cu соединение, CuIn 3 Se 5 , было не OVC; однако он имеет структуру станнита с пространственной группой: I 2m (No.121). 33) Пространственная группа I 2m не является подгруппой I 2d для структуры халькопирита. Paszkowicz et al. модифицировали предложенную нами структуру станнита с их подробной дифракцией рентгеновских лучей. 12) Параметры кристаллической структуры станнита Culn 3 Se 5 показаны в Таблице I (c). Мы подтвердили их станнитную структуру CuIn 3 Se 5 с дефектами V Cu и In Cu с помощью тонкой структуры поглощения рентгеновских лучей. 34)

Одной из проблем солнечных элементов CIGSe является то, что эффективность преобразования поликристаллических тонкопленочных солнечных элементов CIGSe выше, чем у монокристаллических солнечных элементов CIGSe. Эффективность высокоэффективных поликристаллических солнечных элементов CIGSe выше, чем у недавно разработанных эпитаксиальных тонкопленочных солнечных элементов CIGSe: 20,0%. 35) В начале 2000-х годов Cu-дефицитная фаза была обнаружена на границе зерен (ГЗ) пленок CIGSe. 36) Авторы установили, что по отношению к внутреннему пространству зерна (GI) ГЗ показывает (1) уменьшение состава Cu в два раза, (2) уменьшение работы выхода (энергии ионизации) до 480 мэВ, и (3) отсутствие дополнительных центров излучательной рекомбинации, несмотря на высокую концентрацию дефектов ГЗ.Их экспериментальные результаты подтвердили теоретические предсказания 37,38) о том, что (i) полярные границы раздела ГЗ были стабилизированы массивным (около 50%) удалением атомов Cu, что привело к (ii) смещению валентной зоны между ГЗ и ГЗ, что (iii) отталкивал дырки от ГБ, что, вероятно, уменьшало электронно-дырочную рекомбинацию ГБ и улучшало работу фотоэлектрических устройств. Толщина окончательного Cu-дефицитного слоя на GB зависит от общего содержания Cu в пленках CIGSe. 39) Они подтвердили, что выравнивание полос между GB и GI относится к типу II со смещением вниз как для зоны проводимости, так и для валентной зоны в GB.Определена зависимость энергетических уровней VBM и CBM от химического состава для фаз CuInSe 2 и CuIn 3 Se 5 . 40) На рис. 5 показаны уровни энергии VBM и CBM халькопирита CuInSe 2 и станнита CuIn 3 Se 5 с уровня вакуума. Уровни энергии VBM образцов CIS с низким содержанием Cu значительно снижаются с увеличением содержания In 2 Se 3 , а уровень энергии CBM также уменьшается с увеличением содержания In 2 Se 3 .Разница в уровне энергии CBM между фазами станнита CuInSe 2 и CuIn 3 Se 5 (0,22 эВ) меньше, чем у VBM (0,4 эВ). Группа Ямады из Токийского технологического института (Tokyo Tech) вставила слой с дефицитом Cu на границе раздела между буферным слоем CdS и слоями поглотителя CIGSe и получила высокоэффективные солнечные элементы CIGSe. 41)

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Фиг.5. (Цветной онлайн) Уровни энергии VBM и CBM халькопирита CuInSe 2 и CuIn 3 Se 5 фаз станнита от уровня вакуума. 40)

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

Тонкие пленки CIGSe для высокоэффективных тонкопленочных солнечных элементов были нанесены с помощью трехэтапного процесса физического осаждения из паровой фазы. 42,43) В трехступенчатом процессе используются 3 вида химических явлений. Один из них представляет собой топотактическую реакцию пленки-предшественника (Ga, In) 2 Se 3 в стехиометрический слой Cu (Ga, In) Se 2 на 2-й стадии. 44,45) На первой стадии трехэтапного процесса слой (Ga, In) 2 Se 3 , который является каркасом кристалла CIGSe, формируется при низких температурах подложки и в на 2-й стадии прекурсор (Ga, In) 2 Se 3 топотактически преобразуется в Cu (Ga, In) Se 2 типа халькопирита через Cu (Ga, In) 5 Se 8 и Cu (Ga, In) Se 2 фаз. 25,46) При осаждении Cu и Se на прекурсорном слое (Ga, In) 2 Se 3 на 2-й стадии фаза пленки изменяется следующим образом: (Ga, In) 2 Se 3 → [Cu (Ga, In) 5 Se 8 ] → Cu (Ga, In) станнита 3 Se 5 → (стехиометрический Cu (Ga, In) Se 2 ) → обогащенный медью CIGSe [Cu (Ga, In) Se 2 + расплав Cu – Se].Предпочтительной ориентацией пленок CIGSe можно управлять с помощью ориентации слоя-предшественника (Ga, In) 2 Se 3 . 47,48) Вторым важным химическим явлением в трехстадийном процессе является перекристаллизация зерен Cu (Ga, In) Se 2 в потоке Cu – Se. Ближе к концу 2-й стадии состояние состава с избытком Cu важно для изготовления высококачественных пленок CIGSe. Из фазовой диаграммы двойной системы Cu – Se видно, что C 2− x Твердое тело Se сосуществует с жидкостью Cu – Se при температурах выше 523 ° C. 49,50) Мы полагаем, что сосуществование фазы CuInSe 2 с Cu 2- x Твердый Se и жидкий Cu – Se будут способствовать улучшению качества кристалла CuInSe 2 . 51,52) Для этого температура разложения CuSe должна быть ниже температуры подложки 2-й ступени. Третье важное химическое явление в трехстадийном процессе – топотактическая реакция Cu 2- x . Твердая фаза от Se до Cu (Ga, In) Se со слабым содержанием меди 2 . 53) Постоянные решетки Cu 2− x Se и Cu (Ga, In) Se 2 , следовательно, должны быть близко друг к другу. Группа Ямады в Tokyo Tech. улучшенные характеристики солнечного элемента CIGSe за счет контроля толщины Cu 2- x Слой Se на заключительном этапе 2-го этапа в 3-этапном процессе. 54)

Есть несколько отличных книг 55–58) и обзорных статей 59–62) по халькопиритовым солнечным элементам.Твердый раствор Cu (Ga, In) Se 2 обычно используется для поликристаллических халькопиритовых солнечных элементов, поскольку ширина запрещенной зоны CuInSe 2 немного уже для материала поглотителя высокоэффективных однопереходных солнечных элементов. 58) Энергия запрещенной зоны Cu (Ga x In 1– x ) Se 2 увеличивается с 0,99 эВ CISe до 1,65 эВ CGSe с увеличением содержания Ga, x . 21) Частичная замена In на Ga приводит к расширению диапазона существования фазы халькопирита. 63) Однако, если In в CuInSe 2 слишком много заменить Ga, эффективность преобразования солнечного элемента снижается. Окно композиционного процесса для высокоэффективных солнечных элементов CIGSe достижимо в следующих композиционных окнах процесса: 0,69 64)

Minemoto et al. Изучали влияние смещения зоны проводимости слоев окна / CIGSe на характеристики солнечного элемента CIGSe путем моделирования и моделирования устройств. 65) Они обнаружили, что отличные характеристики могут быть получены, когда уровень энергии CBM оконного слоя выше на 0,0–0,4 эВ, чем уровень энергии поглощающего слоя CIGSe. В высокоэффективных солнечных элементах CIGSe уровень энергии CBM буферного слоя CdS, осажденного в химической ванне (CBD), был примерно на 0,2 эВ выше, чем у поглощающего слоя CIGSe. Уровень CBM твердого раствора CIGSe повышается с увеличением содержания Ga. Положение CBM твердого раствора Cu (Ga x In 1-x ) Se 2 с x > 0.4 выше, чем у буферного слоя CBD-CdS. Следовательно, если Cu с высоким содержанием Ga (Ga x In 1-x ) Se 2 , например, x > = 0,5 применяется к слою поглотителя в солнечных элементах CIGSe, уровень энергии CBM будет выше, чем у слоя CBD-CdS. Неблагоприятный сдвиг зоны проводимости обрыва будет формироваться для широкозонного слоя поглотителя Cu (Ga x In 1-x ) Se 2 с более высоким содержанием Ga x > 0,4. 21)

Ga в Cu (Ga, In) Se 2 влияет на точечные дефекты в нем.Зибентритт и ее сотрудники обобщили литературные результаты электронных дефектов Cu (Ga, In) Se 2 и сравнили их с результатами фотолюминесценции глубоких дефектов. 61,66) Существует два типа глубоких дефектов, критичных для работы солнечных элементов. Одним из них является антиструктура глубокого донора Ga C u в CIGSe с высоким содержанием Ga, которая играет роль в более сильных потерях напряжения холостого хода ( В, oc ) в этих солнечных элементах с широкой запрещенной зоной. Другой глубокий дефект около 0.На 8 эВ выше VBM более заметно в CIGSe с высоким содержанием меди. Этот центр рекомбинации ограничивает V oc солнечных элементов с высоким содержанием меди, особенно с более высоким соотношением Ga / (Ga + In) [GGI]. В то время как собственные мелкие точечные дефекты, такие как вакансия V Cu и антиструктура Cu In (Cu Ga ), контролируют легирование p-типа и, таким образом, необходимы для солнечных элементов CIGSe, глубокие дефекты вредны для производительность солнечных элементов CIGSe.

CuGaSe 2 (CGSe) с шириной запрещенной зоны 1.Ожидается, что 7 эВ будут полезны для широкозонных верхних ячеек в солнечных элементах с тандемной структурой. Исидзука рассмотрел солнечные элементы CGSe и обсудил различия в свойствах устройств между CGSe и высокоэффективными солнечными элементами CIGSe. 67) Поликристаллический солнечный элемент CGSe со структурой CdS / CGSe продемонстрировал сертифицированную эффективность 11,0%. 68) V oc 0,901 В очень мало по сравнению с шириной запрещенной зоны CGSe при 1,7 эВ. Положение CBM у CGSe выше, чем у буфера CBD-CdS, и для гетероперехода CdS / CGSe будет сформирован неблагоприятный сдвиг зоны проводимости клифф-типа.Недавно было продемонстрировано высокое значение В oc 1,017 В для солнечного элемента CGSe с использованием Zn 1- x . Sn x O y буферный слой, выращенный методом атомного осаждения. Уровень CBM был приспособлен к CGSe. Устройство с Zn – Sn – O / CGSe показало КПД до 11.9%. 69)

Теперь обсудим разницу между CuGaSe 2 и CuInSe 2 на основе их фазовых диаграмм Cu 2 Se – Ga 2 Se 3 и Cu 2 Se– В системах 2 Se 3 .Фазовые равновесия в системе Cu 2 Se – Ga 2 Se 3 исследовались неоднократно. 70–72) Следует иметь в виду, что фазы в системе Cu – Ga – Se трудно анализировать методом рентгеновской дифракции, поскольку атомные факторы рассеяния Cu, Ga и Se близки. На рисунке 6 показана перерисованная фазовая диаграмма в псевдобинарной системе Cu 2 Se – Ga 2 Se 3 , в которой вертикальная ось преобразована из абсолютной температуры в температуру Цельсия на основе Строка и др.фазовая диаграмма. 72) Фаза халькопирита CGSe непосредственно инконгруэнтно плавится при 1030 ° C. CGSe не имеет высокотемпературной фазы со структурой сфалерита, в которой Cu и Ga распределены случайным образом. Область гомогенности фазы халькопирита составляет 50–58 мол.% Ga 2 Se 3 при комнатной температуре, что значительно шире, чем в системе Cu 2 Se – In 2 Se 3 . На бедной Cu стороне системы Cu 2 Se – Ga 2 Se 3 присутствует фаза станнита CuGa 3 Se 5 , но отсутствует гексагональная фаза CuGa 5 Se 8 . 73) Кристаллическая структура Ga 2 Se 3 представляет собой не структуру вюртцита с гексагональными дефектами, а структуру сфалерита с кубическими дефектами. Область гомогенности фазы станнита CuGa 3 Se 5 в системе Cu 2 Se – Ga 2 Se 3 шире, чем фаза CuIn 3 Se 3 в Cu 2 Система Se – In 2 Se 3 . Область гомогенности фазы Ga 2 Se 3 в системе Cu 2 Se – Ga 2 Se 3 намного шире, чем у фазы In 2 Se 3 в системе Cu 2 Se – In 2 Se 3 система.Другими словами, количество Cu в твердом растворе (Cu, Ga) 2 Se 3 намного больше, чем в системе (Cu, In) 2 Se 3 . Мы полагаем, что это связано с тем, что атом Ga имеет относительно похожий характер с атомом Cu, тогда как атом In имеет существенно другой характер, чем атом Cu. Например, ковалентный радиус Ga (127,5 мкм) очень близок к радиусу Cu (127,1 нм), в то время как ковалентный радиус In (145,5 мкм) намного больше, чем у Cu. 16) Недавнее термодинамическое исследование показывает, что CGSe типа халькопирита более стабилен, чем соответствующий CISe типа халькопирита, примерно на 10 кДж моль -1 . 74)

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 6. Перерисованная фазовая диаграмма для Cu 2 Se – Ga 2 Se 3 псевдобинарная система на основе представленной фазовой диаграммы. 72) α : халькопирит CuGaSe 2 , β : станнит CuGa 3 Se 5 , δ : сфалерит CuGaSe 2 , τ 9000 Se (123–1148 ° C), ρ : Ga 2 Se 3 .

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

При осаждении пленок CGSe с помощью трехэтапного процесса кристаллическая структура прекурсора Ga 2 Se 3 отличается от кристаллической структуры прекурсора дефектного вюртцита (Ga, In) 2 Se 3 . 75) Таким образом, при трехстадийном осаждении пленок CGSe фазовые превращения были следующими: Ga 2 Se 3 Se 3 с наложением 3C Se → CuGa типа станнита 3 Se 5 с наложением 3C Se → стехиометрический CuGaSe 2 с наложением 3C Se → CGSe с высоким содержанием меди (CuGaSe 2 + расплав Cu – Se) → CuGaSe 2 халькопиритового типа с небольшим содержанием меди.Другое отличие состоит в том, что постоянные решетки Cu 2 Se и CuGaSe 2 различаются. CuInSe 2 и Cu 2 Se могут топотактически преобразовывать друг друга, контролируя давление пара In и Se, поскольку постоянные решетки CuInSe 2 и Cu 2 Se очень близки. 51,53) Похоже, что CuGaSe 2 не образуется топотактически из Cu 2 Se, поскольку постоянные решетки CuGaSe 2 значительно отличаются от таковых для Cu 2- x Se.Поэтому методы выращивания высококачественных пленок CuGaSe 2 , которые отличаются от обычного трехступенчатого процесса, должны быть разработаны для высокоэффективных солнечных элементов CuGaSe 2 . 67)

Объединенная группа Института Хана-Мейтнера [HMI; нынешний Центр материалов и энергии имени Гельмгольца (HZB)] и Штутгартский университет изготовили солнечный элемент CuInS 2 (СНГ) с КПД, превышающим 10%, путем совместного испарения. 76) HMI сообщил об эффективности солнечных элементов Cu (Ga, In) S 2 (CIGS) более 12%. 77) В их процессе пленки CIGS с избытком Cu осаждались совместным испарением, поскольку стехиометрические пленки CIGS с низким содержанием Cu обычно были полуизолирующими. Вторичная фаза CuS, сегрегированная на поверхности обогащенных Cu пленок CIGS, удалялась селективным травлением KCN. HMI также разработала процесс промышленной подготовки солнечных модулей CIS. 78) В базовом процессе слои-предшественники Cu и In осаждали распылением, а затем слои-предшественники нагревали в атмосфере серы с помощью быстрой термической обработки.Они изготовили солнечную батарею CIS с КПД 11,4% по своему базовому процессу. 79) В 2016 году SF продемонстрировала солнечный элемент CIGS с высоким КПД 15,5%. 80) Они изготовили пленки CIGS с низким содержанием меди путем распыления металлических слоев и последовательной сульфуризации металлических слоев-предшественников в газовой атмосфере H 2 S. Сульфуризацию проводили при высоких температурах, чтобы решить проблему плохой кристалличности пленки CIGS с низким содержанием меди.

Уровень VBM CIS около 0.На 2 эВ глубже, а уровень CBM примерно на 0,3 эВ выше, чем у CISe. 21) Положение CBM для CIGS выше, чем у буферного слоя CdS (-4,1 эВ), и для гетероперехода CIGS / CdS будет образовываться неблагоприятное смещение зоны проводимости типа пиков. Поэтому в SF использовался Zn 1− x Mg x O буферный слой вместо обычно используемого буферного слоя CBD-CdS. 81) Zn 1− x Mg x Буферный слой O изменил смещение зоны проводимости на границе между гетеропереходом ZnMgO / CIGS.Этот буферный слой имел более широкую запрещенную зону ( E g ), чем буферный слой CdS, и положительно влиял на прозрачность по отношению к коротковолновому излучению во внешнем спектре квантовой эффективности. Кроме того, профиль глубины Ga в поглотителях CIGS был оптимизирован за счет быстрого термического отжига в газовой атмосфере H 2 S.

Теперь мы рассмотрим разницу между CuInS 2 и CuInSe 2 на основе их систем Cu 2 S – In 2 S 3 и Cu 2 Se – In 2 Se 3 . фазовые диаграммы.Фазовые диаграммы тройной системы Cu – In – S подверглись критическому анализу. Томашик в базе данных Ландольта – Бёрнштейна. 82) CuInS 2 типа халькопирита превращается в CuInS 2 типа сфалерита с разупорядочением атомов Cu и In при 975 ° C, а затем превращается в CuInS типа вюртцита 2 при 1040 ° C и соответственно плавится при 1090 ° C. 83) Халькопирит CIS немного нестехиометрический. Область гомогенности фазы халькопирита в системе Cu 2 S – In 2 S 3 значительно уже, чем в системе Cu 2 Se – In 2 Se 3 .На бедной Cu стороне системы Cu 2 S – In 2 S 3 отсутствует станнитная фаза CuIn 3 S 5 , но есть кубическая CuIn 5 S 8 фаза шпинели. В CuIn 5 S 8 типа шпинели, Cu и 1/5 In занимают тетраэдрическую позицию кубической замкнутой упаковки (ccp) S, а 4/5 In занимают октаэдрическую позицию ccp S. CuIn 5 S 8 выражается как [CuIn] t [In 4 ] o O 8 .In 2 S 3 ([□ 1/3 In 2/3 ] t [In 2 ] o O 4 ) имеют дефектную структуру типа шпинели. Недавно группа Лафона из Нантского университета провела химическое кристаллографическое исследование псевдотернарной системы Cu 2 S – In 2 S 3 –Ga 2 S 3 . 84) Они продемонстрировали, что система Cu 2 S – In 2 S 3 –Ga 2 S 3 более сложна, чем система Cu 2 Se – In 2 Se 3 –Ga 2 Se 3 Система счетчика селенидов .Фаза халькопирита менее структурно пластична для сульфидов, чем для селенидов. Они предположили, что такое поведение в основном связано с неспособностью индия стабилизироваться в тетраэдрическом сульфидном окружении в присутствии вакансий меди. Эта особенность может предотвратить образование фаз станнита CuIn 3 S 5 с вакансией Cu и антиструктурой In Cu на поверхности и ГЗ пленок CIGS. Поэтому мы полагаем, что солнечные элементы CuInS 2 не могут подавить рекомбинацию на ГЗ.Из фазовой диаграммы системы Cu – S мы понимаем, что определенное количество жидкости Cu – S не образуется при обычной температуре подложки около 550 ° C, потому что Cu 2- x S твердое вещество не сосуществует с определенным количеством жидкостей Cu – S ниже 813 ° C. 85) По этим причинам высококачественные пленки Cu (Ga, In) S 2 не могут быть получены с помощью обычного трехэтапного процесса. Компания

SF изготовила солнечные элементы из Cu (Ga, In) (S, Se) 2 (CIGSSe) путем развитой селенизации слоя прекурсора Cu-Ga и In, а также процесса пост-сульфуризации. 86,87) Они контролируют профили по глубине отношений Ga / (Ga + In) [GGI] и S / (S + Se) [SSSe] в слое поглотителя CIGSSe. Га сзади поднял уровень CBM в сторону заднего контакта. Этот профиль градуированного уровня CBM работал как поле задней поверхности. Богатый серой поверхностный слой снижает уровень VBM на передней границе раздела и действует как слой, блокирующий дырки, для уменьшения рекомбинации электронов и дырок на передней границе раздела. Богатый серой поверхностный слой повысил уровень CBM на передней поверхности раздела.Следовательно, слой поглотителя CIGSSe с высоким отношением S / (S + Se) на переднем конце и высоким отношением Ga / (Ga + In) на заднем конце имел двухступенчатый профиль уровня CBM. Этот профиль уровня CBM аналогичен профилю пленки CIGSe, нанесенной с помощью трехэтапного процесса. 88)

GB пленки CIGSe можно модифицировать с помощью процесса пост-сульфуризации в атмосфере H 2 S. Когда часть Se в ГБ в пленке CIGSe была заменена на S, уровень VBM на ГБ уменьшился, а уровень CBM увеличился.Следовательно, ГБ CIGSSe с высокой концентрацией S имеет более низкие уровни VBM и более высокие уровни CBM, чем внутреннее зерно. ГЗ с высоким содержанием серы имели более низкий уровень VBM и действовали как слой, блокирующий дырки, для уменьшения рекомбинации электронов и дырок. ГЗ с высоким содержанием серы также имели более высокий уровень CBM и действовали как слой, блокирующий электроны проводимости, для уменьшения рекомбинации электронов и дырок. Слой CIGSSe, обогащенный серой, на ГЗ работает как восстанавливающий слой электронно-дырочной рекомбинации аналогично станнитной фазе CuIn 3 Se 5 пленки CIGSe. 21)

Совместная исследовательская группа из Уппсальского университета, Университета Делавэра и Solibro Research продемонстрировала высокоэффективные (Cu, Ag) (Ga, In) Se 2 (CAIGSe) солнечные элементы с высоким напряжением В. oc 814 мэВ и высокий КПД преобразования 21%. 89) Они сравнили CAIGSe и обычные солнечные элементы CIGSe с одинаковым соотношением Ga / (Ga + In) [GGI] и показали, что устройства CAIGSe демонстрируют примерно на 0,05 эВ большую ширину запрещенной зоны. Легирование Ag в CIGSe может увеличить ширину запрещенной зоны за счет снижения VBM вместо увеличения CBM. 19) Группа Шафармана из Университета Делавэра наблюдала микроструктуру пленок CAIGSe с крупными зернами. Легирование Ag в пленку CIGSe способствует росту кристаллических зерен CIGSe. 90)

В 2005 году японская исследовательская группа определила Ag (Ga, In) Se 2 (AIGSe) в качестве подходящего материала для широкозонных солнечных элементов в солнечных элементах тандемной структуры. 91) Группа Ямады в Tokyo Tech. изучили процесс изготовления широкозонных солнечных элементов Ag (Ga, In) Se 2 и достигли эффективности 10.7% модифицированным трехступенчатым процессом и отжигом на воздухе. 92) В 2017 году они достигли эффективности 9,4% и В oc = 960 мВ для AIGSe с E г = 1,75 эВ при использовании гибридного буфера ZnS (O, OH) и CdS. 93) Недавно группа Эдоффа в Уппсальском университете активно изучала широкозонные (Cu, Ag) (Ga, In) Se 2 солнечные элементы как с основных, так и с прикладных аспектов. 94–96) Добились принципиально важных результатов и высокого КПД 15.1% (без антибликового покрытия) с шириной запрещенной зоны E г = 1,45 эВ при использовании Zn – Sn – O (ZTO) буфера. CBM ZTO был примерно на 100 мВ выше, чем у обычного буфера CdS. Замена CdS на буфер ZTO позволила получить более широкий диапазон Ag / (Cu + Ag) [ACA] и Ga / (Ga + In) [GGI], что дает положительное смещение зоны проводимости (CBO). Они показали, что солнечный элемент CAIGSe с составом Ag / (Cu + Ag) = 0,2 и Ga / (Ga + In) = 0,72 (т.е. «пик» для ZTO, но «обрыв» для CdS) имел на ∼100 мВ выше В oc при использовании буфера ZTO.

Недавно SF раскрыла ключевую технологию для достижения CIGSSe с эффективностью 23,35%. 2) Они добавили небольшое количество Ag (менее 1%) в поглотитель Cu (Ga, In) (S, Se) 2 . Они исследовали зависимость отношения (Cu + Ag) / (Ga + In) (отношение I / III) от производительности мини-модуля с легированием Ag и без него. Они показали, что небольшое легирование Ag способствует более высокому отношению I / III с более высоким значением V oc и более высоким коэффициентом заполнения.

Относительно разницы между AgInSe 2 и CuInSe 2 на основании их фазовых диаграмм Ag 2 Se – In 2 Se 3 и Cu 2 Se – In 2 Se 3 На рис. 7 фазовая диаграмма псевдобинарной системы Ag 2 Se – In 2 Se 3 была перерисована на основе диаграммы, приведенной в справочнике фазовых диаграмм тройных сплавов. 97) Горизонтальная ось была преобразована из ат.% In в мол.% In 2 Se 3 .В системе Ag 2 Se – In 2 Se 3 тройные соединения, AgInSe 2 ( α ) типа халькопирита и AgIn 5 Se 8 ( β ) расположены на стороне системы с низким содержанием серебра. Гексагональная фаза, соответствующая CuIn 5 Se 8 ( γ ), в системе не обнаружена. Фаза AgInSe 2 ( α ) типа халькопирита переходит в высокотемпературную фазу со структурой сфалерита при температуре около 700 ° C и плавится при температуре ниже 800 ° C.Температура плавления значительно ниже, чем у CuInSe 2 при 1002 ° C. Группа Шафармана указала, что сплавы Ag имеют более низкую температуру плавления, чем сплавы Cu, что может привести к более крупным кристаллическим зернам и более низкой плотности дефектов в слое поглотителя (Cu, Ag) (Ga, In) Se 2 . 90,98,99) Диапазон гомогенности фазы AgInSe 2 ( α ) очень узок при комнатной температуре, а для фазы станнита AgIn 5 Se 8 ( β ) относительно широкий.Группа Эдоффа изучала влияние нестехиометрии поглотителя в широкозонных (Cu, Ag) (Ga, In) Se 2 солнечных элементах. 95) Они обнаружили, что пленки CAIGSe демонстрируют повышенную тенденцию к образованию фазы станнита (Ag, Cu) (Ga, In) 3 Se 5 с увеличением содержания Ag и Ga. Для абсорбирующих композиций, дающих желаемые свойства, наблюдалась очень небольшая устойчивость к отклонениям от стехиометрии. Из фазовых диаграмм системы Ag – Se мы можем понять, что определенное количество жидкости Ag – Se не образуется при обычной температуре подложки около 550 ° C для трехстадийного процесса, потому что твердое вещество Ag 2 Se сосуществует с определенное количество жидкости Ag – Se выше 616 ° C. 100) По этим причинам высококачественные пленки AgInSe 2 не могут быть получены с помощью обычного трехэтапного процесса при температуре подложки около 550 ° C.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 7. Перерисованная фазовая диаграмма для Ag 2 Se – In 2 Se 3 псевдобинарная система на основе представленной фазовой диаграммы. 97) α : халькопирит AgInSe 2 , β : станнит AgIn 5 Se 8 , δ 1 : сфалерит AgInSe 2 , δ высокотемпературный AgIn 5 Se 8 , τ 1 : Ag 2 Se (<128 ° C), τ 2 : Ag 2 Se (128–612 ° C), ρ 1 : In 2 Se 3 (201–742 ° C), ρ 2 : In 2 Se 3 (742–897 ° C).

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

I – III – VI 2 Соединения халькопирита – это материалы большой группы, используемые в фотовольтаике. Мы рассмотрели некоторые материаловедческие аспекты электронных свойств этих материалов и процесса изготовления их тонких пленок. Основные электронные свойства соединений халькопирита I – III – VI 2 можно понять на основе диаграмм молекулярных орбиталей кластеров CuSe 4 7− и InSe 4 5−.Влияние элементного замещения на электронную структуру CuInSe 2 можно качественно оценить с помощью молекулярно-орбитального подхода. Мы описали три химических явления, лежащих в основе образования высококачественных пленок Cu (Ga, In) Se 2 с помощью трехэтапного процесса. Мы подробно описали особенности системы Cu 2 Se – In 2 Se 3 , а некоторые другие фазовые диаграммы, в том числе CuGaSe 2 , CuInS 2 и AgInSe 2 , сравнивались с Cu 2 Se – In 2 Se 3 система.Мы показали, что трехстадийный процесс включает три химических явления: топотактическое превращение из прекурсора (Ga, In) 2 Se 3 в Cu (Ga, In) Se 2 , рекристаллизацию Cu (Ga, In) Se 2 зерен в расплаве Cu – Se и топотактическое превращение из Cu 2 −x Se до Cu (Ga, In) Se со слабым содержанием меди 2 . Что касается широкозонных соединений халькопирита I – III – VI 2 , таких как богатый Ga Cu (Ga, In) Se 2 , Cu (Ga, In) S 2 , а также богатый Ag и Ga (Cu, Ag) (Ga, In) Se 2 , мы указали на сложные проблемы изготовления пленок хорошего качества с помощью обычного трехэтапного процесса.Мы надеемся, что эта статья послужит справочным материалом для применения соединений халькопирита, отличных от солнечных элементов, и для других поликристаллических солнечных элементов, таких как Cu 2 ZnSnS 4 и Cu 2 SnS 3 .

Я выражаю искреннюю благодарность доктору Т. Маэде из Университета Рюкоку за полезные обсуждения. Я с благодарностью отмечаю работу бывших и настоящих членов моей группы.

Улучшение флотационного разделения минералов халькопирита и силиката магния за счет поверхностного синергизма между PAAS и GA

Результаты флотации одного минерала

Эксперимент по флотации одного минерала был проведен с PBX в качестве коллектора, PAAS и GA в качестве комбинированного депрессанта.Изучено влияние дозировки депрессанта на извлечение халькопирита, серпентина и талька при флотации. Результаты показаны на рис. 3, 4 и 5.

Рисунок 3

Влияние PAAS на характеристики флотации халькопирита, серпентина и талька при pH = 7, c (PBX) = 80 мг / л.

Рисунок 4

Влияние GA на флотацию халькопирита, серпентина и талька при pH = 7, c (PBX) = 80 мг / л.

Рисунок 5

Влияние модификаторов на флотацию смешанных минералов серпентина и талька при pH = 7, c (PBX) = 80 мг / л, тальк: – 150 + 37 мкм, серпентин: – 10 мкм.

На рис. 3 показано влияние дозировки ПААС на плавучесть халькопирита, серпентина и талька. Эксперимент проводился при pH 7. Из фиг. 3 видно, что диспергатор PAAS оказал значительное влияние на извлечение серпентина при флотации, но он имел небольшое угнетающее действие на халькопирит и тальк. Когда доза PAAS превышает 24,7 мг / л, извлечение серпентина снижается с 36 до 10%, что является максимальным подавляющим эффектом серпентина. Следовательно, в последующем испытании на плавучесть 24.Оптимальной дозировкой ПААС считалось 7 мг / л.

Влияние дозировки ГА на флотационные характеристики халькопирита, серпентина и талька показано на рис. 4. Эксперимент проводился при pH 7. Извлечение талька и халькопирита снижалось с увеличением дозировки ГА, но GA оказывалась небольшое угнетающее действие на серпантин. На фиг.4 показано, что GA оказывает значительное подавляющее действие на тальк, по сравнению с тальком, подавляющее действие GA на халькопирит было слабым. Когда доза GA превышает 100 мг / л, извлечение халькопирита и талька составляет 77% и 17% соответственно, что является максимальным подавляющим эффектом талька.Поэтому в последующем испытании на флотацию 100 мг / л считалось оптимальной дозой GA.

На Фигуре 5 показано влияние дозировки регуляторов на извлечение смешанных минералов серпентина и талька при pH 7. В испытании серпентин и тальк были смешаны в соотношении 1: 1 (массовое соотношение), а дозировка PAAS и GA составляли 24,7 мг / л и 100 мг / л соответственно. Согласно фиг. 5, когда диспергатор PAAS использовался отдельно, он не оказывал существенного угнетающего действия на смешанные минералы серпентина и талька; Напротив, извлечение смешанных руд увеличивается с увеличением дозировки ПААС.PAAS может удалять мелкий серпентин с поверхности талька, что устраняет неблагоприятное влияние серпентина на извлечение талька при флотации. Из рис. 5 видно, что угнетающее действие одного GA на смешанные минералы было слабым. Когда впервые был добавлен PAAS 24,7 мг / л, добавление GA оказало значительное подавляющее действие на смешанные минералы. PAAS может удалить мелкий серпентин с поверхности талька, добавление GA может эффективно замедлить восстановление талька при флотации. Змеевик и тальк могут подавляться одновременно PAAS и GA.

Извлечение минералов халькопирита и силиката магния в зависимости от pH, полученного с помощью испытаний на флотацию одного минерала, показано на рис. 6. Извлечение халькопирита, серпентина и талька составило 79%, 10% и 60% соответственно. когда pH регулировался на уровне около 9,2 с помощью УАТС 80 мг / л и PAAS 24,7 мг / л. Извлечение халькопирита, серпентина и талька составило 74%, 31% и 14% соответственно, когда pH контролировали на уровне около 9,2 с помощью 80 мг / л PBX и 100 мг / л GA.

Рисунок 6

Влияние pH на флотацию минералов, c (PBX) = 80 мг / л, c (PAAS) = 24,7 мг / л, c (GA) = 100 мг / л.

Результаты дзета-потенциала

Адсорбаты могут изменять поверхностные свойства минералов и влиять на их флотационные свойства. Дзета-потенциал был одним из наиболее полезных инструментов для объяснения взаимодействия между минеральными поверхностями и флотационными реагентами. На рис. 7 показаны дзета-потенциалы до и после обработки минерала реагентами в диапазоне pH 2–12.Из рисунка 7 видно, что IEP (изоэлектрическая точка) халькопирита, серпентина и талька составлял 5,2, 11,2 и 2,0 26,31,32,33 соответственно, что согласуется с предыдущими результатами 8 , 25,34 .

Рисунок 7

Дзета-потенциалы халькопирита ( a ), серпентина ( b ) и талька ( c ) при различных значениях pH до и после реакции с PAAS и GA, c (PAAS) = 24,7 мг / Л, c (GA) = 100 мг / л.

Согласно рис.7а, в диапазоне pH 2–12 дзета-потенциал халькопирита снижается с 20 до – 27 мВ. После обработки PAAS и GA дзета-потенциал халькопирита изменился на отрицательный. На рис. 7а также показано, что ПААС и ГА мало влияют на дзета-потенциал халькопирита, что указывает на то, что ПААС и ГА проявляют низкое сродство к сорбции на поверхности халькопирита 35 .

Согласно фиг. 7b, c, можно видеть, что дзета-потенциал серпентина (b) и талька (c) при разных pH до и после реакции с PAAS и GA.В диапазоне pH 8–11,2 дзета-потенциал серпентина и талька был противоположным, и между ними существовало значительное электростатическое притяжение. После добавления диспергатора PAAS поверхностный потенциал серпентина и талька изменяется, дзета-потенциалы серпентина и талька составляли -46,2 мВ и -33,75 мВ при pH 9,0, поэтому они отталкиваются друг от друга за счет электростатического взаимодействия. Это указывает на то, что PAAS может вызвать отрицательное изменение дзета-потенциала серпентина и талька, что способствует диспергированию серпентина с поверхности талька, тем самым уменьшая неблагоприятное влияние серпентина на извлечение талька и результаты флотации, показанные на рис.5 можно объяснить 13 . После добавления GA дзета-потенциал на поверхности талька значительно изменился в диапазоне pH 2–12, указывая на то, что GA имеет более высокое сродство на поверхности талька. По сравнению с тальком дзета-потенциал на поверхности серпентина до и после добавления GA показал небольшое изменение, что указывает на то, что GA проявляет низкое сродство к сорбции на поверхности серпентина, что согласуется с приведенными выше результатами флотации 36 .

Таким образом, при добавлении диспергатора PAAS дзета-потенциал на поверхности змеевика изменился с положительного на отрицательный, а поверхность халькопирита и талька стала отрицательно заряженной в диапазоне pH 2–12.Следовательно, влияние серпентинового шлама на флотацию минералов можно удалить с поверхностей талька и халькопирита с помощью электростатического отталкивания. После добавления депрессанта GA и халькопирит, и тальк имели отрицательные поверхностные заряды в условиях флотации при слабощелочных pH, и они были разделены из-за электростатического отталкивания. В то же время GA оказывает значительное подавляющее влияние на извлечение талька при флотации, что может снизить вероятность попадания талька в концентрат с флотационной пеной, поэтому неблагоприятное влияние талька на извлечение концентрата сульфида меди было уменьшено.

Результаты ИК

Механизм адсорбции ПААС и ГА на поверхности халькопирита, серпентина и талька изучен методом ИК. Для PAAS его валентные полосы гидроксила (–OH) появляются при 3422 см -1 , валентные полосы группы –CH 3 появляются при 2926 см -1 , его валентные полосы карбоксила (–COO–) появились на 1638 см −1 и 1114 см −1 37 . Для GA его полосы валентных колебаний гидроксила (–OH) появляются при 3434 см -1 , полосы валентных колебаний группы –CH 3 или –CH 2 появляются при 2957 см -1 , его полосы растяжения составляют карбоксил (–COO–) появился при 1626 см, –1 , пик изгибных колебаний группы –CO– возник при 1280 см, –1 и 1020 см, –1 38 .

На рис. 8 показаны ИК-спектры халькопирита в отсутствие и в присутствии ПААС и ГА. Видно, что влияние ПААС на халькопирит было незначительным. После обработки ПААС и ГА не наблюдались новые характерные ИК-пики халькопирита, что согласуется с ситуацией с халькопиритом до и после обработки ПААС и ГА на рис. 7, указывая на то, что адсорбция ПААС и ГА на халькопирите была слабой.

Рисунок 8

ИК-спектры халькопирита в отсутствие и в присутствии флотационных реагентов, c (PBX) = 80 мг / л, c (PAAS) = 24.7 мг / л, c (GA) = 100 мг / л.

ИК-спектры серпентина, кондиционированного в различных регентах, показаны на рис. 9. Для серпентина его полосы валентных колебаний гидроксила (-ОН) проявляются при 3692 см. -1 . Другие исследователи также изучали змеевик, поглощение на 1082 см −1 было вызвано растягивающей вибрацией Si – O, а изгибное колебание Mg-O из плоскости происходило при 611 см −1 16,18 . После обработки серпентина ПААС появился новый пик поглощения при 1628 см -1 .По сравнению с пиком поглощения при 1638 см -1 в PAAS, он сдвинулся на 10 см -1 к низкочастотному концу, что указывает на то, что PAAS имеет химическую адсорбцию на поверхности серпентина.

Рис. 9

ИК-спектры ПААС и серпентина, кондиционированных в различных реагентах, c (PBX) = 80 мг / л, c (PAAS) = 24,7 мг / л, c (GA) = 100 мг / л.

На фиг. 10 представлены ИК-спектры талька, кондиционированного в различных режимах. Для талька без покрытия проявляются его полосы валентных колебаний гидроксила (–OH) при 3677 см –1 , полосы валентных колебаний группы Si – O – при 1026 см –1 , а отклоняющиеся от плоскости колебания Mg-O произошло на 611 см −1 39 .После обработки талька ПААС и ГА не наблюдалось значительных изменений в инфракрасном спектре талька, что указывает на то, что ПААС и ГА не адсорбируются химически на поверхности талька. GA может физически реагировать с поверхностью талька, и водородная связь также может играть роль.

Рисунок 10

ИК-спектры GA и талька, кондиционированных в различных реагентах, c (PBX) = 80 мг / л, c (PAAS) = 24,7 мг / л, c (GA) = 100 мг / л.

SEM – EDS анализ

Результаты SEM – EDS анализа талька до и после обработки GA показаны на рис.11. Из фиг. 11а видно, что на необработанной поверхности талька были обнаружены только O, Mg и Si, что указывает на то, что тальк был чистым. После обработки ГА (рис. 11б) новых элементов не обнаружено, а морфология поверхности талька не изменилась, что указывает на то, что ГА не адсорбируется на поверхности талька. Далее было доказано, что GA физически взаимодействует с поверхностью талька 40,41 .

Рис. 11

Анализ SEM – EDS образцов талька: ( a ) тальк; ( b ) тальк, обработанный GA (GA = 100 мг / л).

Результаты SEM – EDS анализа серпентина до и после обработки PAAS показаны на рис. 12. Как показано на рис. 12, морфология поверхности серпентина значительно изменилась после обработки PAAS. Между тем, для поверхности серпентина, не обработанной PAAS (рис. 12a), были обнаружены только Mg, Ca, Fe, Si и O, что позволяет предположить, что серпентин был чистым. После обработки ПААС (рис. 12b) было обнаружено 0,34% Na, и относительная атомная концентрация Mg снизилась с 29,05 до 23,65%, что выявило адсорбцию ПААС на поверхности серпентина и растворение Mg с поверхности серпентина.Положительный поверхностный заряд серпентина в основном объясняется преимущественным растворением гидроксила 42 . Возможно, карбоксильные группы на ПААС химически реагировали с Mg на поверхности змеевика, что ускоряло растворение Mg с поверхности змеевика. Растворенный в воде ПААС имеет отрицательный заряд. Адсорбция ПААС на поверхность серпентина снизит поверхностный потенциал серпентина, что объясняет результаты испытаний на рис. 7b.

Рис. 12

Анализ SEM – EDS образцов серпентина: ( a ) серпентин; ( b ) серпентин, обработанный PAAS (PAAS = 24.7 мг / л).

Чтобы проверить, существует ли гетерогенная конденсация между серпентином и тальком, с помощью SEM наблюдали диспергирующее действие PAAS на серпентин. Результаты испытаний показаны на фиг. 13. На фиг. 13а темная часть представляет собой поверхность талька, а яркая часть – мелкие частицы серпентина, что указывает на то, что мелкие частицы серпентина адсорбируются на поверхности талька путем гетерогенной конденсации. Из рис. 13b видно, что мелкие частицы серпентина на поверхности талька эффективно восстанавливаются после добавления ПААС, что указывает на то, что ПААС эффективно ослабляет гетерогенную конденсацию и заставляет частицы серпентина, покрытые на поверхности талька, опадать.

Рисунок 13

Анализ с помощью SEM смешанных минералов серпентина и талька: ( a ) смешанные минералы серпентина и талька; ( b ) смешанные минералы серпентина и талька с PAAS (PAAS = 24,7 мг / л).

XPS-анализ

Для дальнейшего объяснения механизма действия между PAAS и серпентином относительное содержание элементов на поверхности серпентина в отсутствие и в присутствии PAAS, измеренное с помощью XPS, приведено в таблице 4. После обработки серпентином по ПААС относительное содержание О снижается до 1.32%. После обработки ПААС содержание O и Mg снизилось на 1,32% и 1,29% соответственно, но содержание Si увеличилось на 0,79%.

Таблица 4 Относительное содержание элементов на поверхности змеевика.

В таблице 5 и на рис. 14 представлены энергии связи элементов на серпентиновой поверхности в отсутствие и в присутствии ПААС. Этот результат согласуется с результатами предыдущих исследований 6,43 . После обработки серпентина ПААС химический сдвиг Si не был очевиден, тогда как сдвиг Mg сдвигался на +0.1 эВ, что свидетельствует об изменении химического окружения. Это указывает на то, что карбоксильные группы на PAAS химически реагируют с Mg на поверхности змеевика. Это согласуется с результатами анализа дзета-потенциала и инфракрасного спектрального (ИК) анализа 15 .

Таблица 5 Энергии связи элементов на змеевидной поверхности. Рисунок 14

XPS-спектры Mg (1s) серпентина в отсутствие и в присутствии PAAS.

Анализ мутности

Поверхностный синергизм PAAS и GA на смешанных минералах серпентина и талька был изучен методом мутности.Взаимосвязь между дисперсией регуляторов на смешанных минералах и pH показана на рис. 15. В диапазоне pH от 3 до 11 мутность смешанных минералов уменьшалась с увеличением pH, что указывает на гетероагрегацию между серпентином и тальком, что согласуется с результатом дзета-потенциала. Из фиг. 15 мутность смешанных минералов значительно увеличилась при добавлении 24,7 мг / л PAAS, что указывает на то, что PAAS может эффективно диспергировать смешанные минералы серпентина и талька.В отличие от PAAS, мутность смешанных минералов уменьшалась с увеличением pH при добавлении 100 мг / л, что указывает на то, что GA оказывает угнетающее действие на смешанные минералы. По сравнению с одним депрессантом мутность смешанных минералов значительно снизилась при введении комбинированного депрессора, состоящего из PAAS и GA. Поскольку мелкие серпентиновые частицы, покрывающие поверхность талька, диспергировались PAAS, и это способствовало эффективному ингибированию талька с помощью GA.

Рисунок 15

Взаимосвязь между дисперсией регуляторов на смешанных минералах и pH (серпентин: тальк = 1: 1, массовое соотношение).

Искусственная флотация смешанной руды

Поверхностный синергизм PAAS и GA на минералах халькопирита и силиката магния был подтвержден посредством операции флотационного разделения искусственной смешанной руды. Искусственная смешанная руда состоит из серпентина, талька и халькопирита (массовое соотношение 1: 1: 2). Из таблицы 6 видно, что PAAS или GA сами по себе не могут эффективно отделить халькопирит от минералов силиката магния. По сравнению с одним депрессантом, комбинированный депрессант, состоящий из PAAS и GA, может одновременно подавлять серпентин и тальк.Наконец, халькопирит и минералы силиката магния были эффективно разделены.

Таблица 6 Результаты различных депрессантов на производительность флотации искусственной смешанной руды.

Механизм поверхностного синергизма между PAAS и GA

Когда серпентин и тальк сосуществуют в руде, поверхностные заряды серпентина и талька противоположны в широком диапазоне pH, и легко происходит гетероагрегация. Поверхность талька покрыта мелкими частицами серпентина из-за гетероагрегации, что приводит к значительному снижению скорости извлечения смешанной руды при флотации.В то же время мелкие частицы серпентина покрывают поверхность талька, образуя плотную пленку, предотвращающую адсорбцию депрессанта (GA) на поверхности талька. Теоретический анализ полиакрилата натрия (PAAS) и гуммиарабика (GA) при флотационном разделении минералов халькопирита и силиката магния был исследован выше с помощью дзета-потенциала, инфракрасного спектрального (ИК), SEM – EDS и XPS анализа.

Полиакрилат натрия (ПААС) – отрицательный полимер, его отрицательно заряженная карбоксильная группа (–COO–) связана с основной цепью.Когда pH> 9, карбоксильная группа (–COO–) в полиакрилате натрия полностью диссоциирует и молекулярная цепь удлиняется. Большое количество карбоксильных групп (–COO–) химически реагирует с (Mg 2+ ) на поверхности змеевика с образованием хелатирующих продуктов. Химическая реакция потребляет большое количество Mg 2+ на поверхности серпентина, плотность положительного заряда центральных ионов в двойном слое змеевика значительно снижается, что приводит к отрицательному сдвигу дзета-потенциала на поверхности змеевика.В это время электростатическое притяжение между серпентином и тальком сменяется электростатическим отталкиванием, и гетероагрегация между серпентином и тальком нарушается 15,44 . Восстановление плавучести талька быстро восстанавливается по мере диспергирования серпентина, что объясняет экспериментальные результаты на рис. 5. Для подавления талька необходимо добавить еще один полимерный депрессант (GA). Гуммиарабик (ГА) представляет собой разновидность полисахарида, исходя из приведенного выше обсуждения, адсорбция ГА на поверхности талька в основном происходит за счет физического взаимодействия.Кроме того, положительную роль могут играть водородные связи. GA адсорбируется на поверхности талька за счет водородных связей, что делает поверхность талька более гидрофильной и тальк вдавлен. 28 . Для этого необходимо одновременно нажать тальк и серпентин.

В данном исследовании комбинированный депрессант, состоящий из PAAS и GA, используется для достижения одновременного подавляющего эффекта талька и серпентина, и, наконец, смешанный медно-никелевый концентрат с содержанием меди 4.Получается 43% и выход 88,18%. Механизм депрессии предложен и показан на рис. 16. Поверхность талька покрыта мелкими частицами змеевика, которые образуют плотную пленку из-за гетероагрегации, частицы серпентина и талька создают сильное электрическое отталкивание при добавлении диспергатора ПААС, что приводит к образованию серпентина и тальк отделяется, и GA адсорбируется на поверхности талька, подавляя его флотацию, таким образом устраняется неблагоприятное влияние талька на извлечение флотации халькопирита. Точно так же серпентин, адсорбированный на поверхности халькопирита, удаляется диспергатором PAAS, и, наконец, халькопирит получил лучшую плавучесть при использовании PBX в качестве коллектора.

Рисунок 16

Отжимной механизм PAAS и GA.

Результаты испытания обогащения сульфидной медной руды

Результаты флотации сульфидной медной руды показаны в Таблице 7. При pH 9,2 PAAS и GA использовались в качестве комбинированного депрессора и PBX в качестве коллектора для проведения испытания на разделение смешанной флотацией с замкнутым циклом. Из Таблицы 6 видно, что смешанный медно-никелевый концентрат с содержанием меди 4,43% и извлечением 88,18% был получен при использовании комбинированного депрессора PAAS и GA.По сравнению с одним депрессантом, содержание меди и извлечение в смешанном медно-никелевом концентрате были значительно улучшены за счет использования комбинированного депрессора. Результаты показали, что комбинированный депрессант, состоящий из ПААС и ГА, оказывает значительное угнетающее действие на минералы силиката магния в сульфидной медной руде.

Таблица 7 Результаты обогащения сульфидом меди при pH = 9,2.

Халькопиритовые наноматериалы | Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

В свете растущих потребностей в энергии, истощения запасов ископаемого топлива и угрожающего глобального потепления необходимы альтернативные источники энергии.Материалы халькопирита подходят для использования в возобновляемых источниках энергии, например, в солнечных батареях, разделении воды или фотокатализе. В нашем исследовании мы синтезировали пленки дисульфида индия меди с помощью сольвотермической процедуры . Наноструктурированные пленки являются кристаллическими даже при температурах ниже 200 ° C, как показывают методы электронной микроскопии.

Вследствие растущих потребностей нашего общества в энергии и растущего загрязнения окружающей среды из-за ископаемого топлива необходимы концепции альтернативной энергии.Различные подходы к производству зеленой энергии включают, помимо прочего, солнечные элементы, расщепление воды, топливные элементы, фотокатализ, и т. Д. Среди различных подходящих материалов дисульфид меди и индия, CuInS 2 , представляет собой многообещающий материал, поскольку он предлагает прямую запрещенную зону около 1,5 эВ в сочетании с высоким коэффициентом поглощения 10 5 см -1 , что позволяет использовать широкий диапазон падающего солнечного света. Еще одно преимущество CuInS 2 заключается в том, что это дырочный или электронный проводник, в зависимости от химического состава материала, что открывает еще больше возможных областей применения.

В нашем исследовании мы выбрали стратегию сольвотермического синтеза, так как она позволяет выращивать твердые пленки уже при температурах ниже 200 ° C из-за повышенного давления внутри закрытого реакционного сосуда, так называемых автоклавов (собственного производства). Для этого метода требуются только простые соли или молекулы-предшественники, а также обычно используемые растворители, что делает метод легкодоступным. Используя сольвотермический синтез, можно выращивать CuInS 2 в виде тонкой пленки непосредственно на прозрачном проводящем оксиде (оксид олова, легированный фтором, FTO), что исключает дополнительную стадию осаждения материала после синтеза.

Регулируя условия реакции (температура, время) или реагенты (соли / молекулы-предшественники, растворители, их концентрация и / или соотношение), можно активировать морфологию, толщину, кристалличность синтезированного материала и, следовательно, его свойства. .

Рис. 1. Сравнение пленок CuInS 2 , полученных сольватермическим способом с использованием тиоацетамида (слева) и l-цистеина (справа) в качестве источника серы.

© Анна Франк, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

Рисунок 1: Сравнение пленок CuInS 2 , полученных сольвотермическим способом с использованием тиоацетамида (слева) и l-цистеина (справа) в качестве источника серы.

© Анна Франк, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

Эти различные эффекты исследуются в нашей группе. Например, изучается влияние различных источников серы, , т.е. органических тиолсодержащих молекул, а именно тиоацетамида и l-цистеина, на морфологию и химический состав CuInS 2 . Как видно из рисунка 1, использование тиоацетамида в качестве источника серы приводит к открытой, похожей на цветок морфологии поверхности, в то время как l-цистеин приводит к более компактной пленке CuInS 2 .Мы заметили, что для более высоких концентраций и соотношений прекурсоров морфология, а также химический состав пленок CuInS 2 , выращенных с l-цистеином, изменяется (рис. 2).

Рисунок 2: Сравнение пленок CuInS 2 , сольвотермически выращенных с использованием l-цистеина. Применение (слева) более низкого и (справа) более высокого общего соотношения и концентрации прекурсора.

© Анна Франк, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

Рисунок 2: Сравнение пленок CuInS 2 , сольвотермически выращенных с использованием l-цистеина.Применение (слева) более низкого и (справа) более высокого общего соотношения и концентрации прекурсора.

© Анна Франк, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

Характеристика выращенных образцов CuInS 2 в основном проводится с помощью методов электронной микроскопии, а именно сканирующей электронной микроскопии и (сканирующей) просвечивающей электронной микроскопии, а также связанных с ними спектроскопических методов, таких как энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия или электронно-энергетическая микроскопия. спектроскопия потерь.Также исследуется влияние выбранных методов подготовки образцов (, например, , обычная полировка и ионное утонение, против , фрезерование сфокусированным ионным пучком). В то время как дифракция рентгеновских лучей скользящего падения применяется для определения общего кристаллографического состава пленок CuInS 2 , дифракция электронов может предоставить более подробную информацию о кристалличности. Свойства поглощения и значения ширины запрещенной зоны выращенных пленок CuInS 2 проанализированы с помощью УФ / видимой спектроскопии.Чтобы получить первое представление о фотокаталитических свойствах материала, деградации красителя проводятся исследования при моделировании солнечного освещения.

Структура, электронные и оптические свойства халькопирита типа …: Ingenta Connect

Абстрактные
Халькопиритовые материалы на основе железа находят разнообразное применение в солнечных элементах, спинтронике, термоэлектрических устройствах, светодиодах и в медицине. В этом отчете мы исследовали структуру, электронные и оптические свойства нанокластера типа халькопирита XFeY 2 (X = Cu, Ag, Au; Y = S, Se, Te) систематически с использованием теории функций плотности (DFT).Расчетная запрещенная зона HOMO-LUMO XFeY 2 находится в диапазоне 1,568–3,982 эВ, что подтверждает его потенциальное применение в оптоэлектронных устройствах и солнечных элементах. Результат показывает, что Материал типа халькопирита AuFeS 2 , имеющий структуру типа звезды с точечной группой C 2v и секстетной спиновой множественностью, является наиболее стабильным кластером с запрещенной зоной HOMO-LUMO 3,982 эВ. Оптические свойства а именно. оптическая электроотрицательность, показатель преломления, диэлектрик Константа, ИК и комбинационная активность этих нанокластеров также исследованы.Результат показывает, что запрещенная зона HOMO-LUMO XFeY 2 вместе с оптической электроотрицательностью и частотой колебаний уменьшается от S до Se до Te, тогда как показатель преломления и диэлектрическая проницаемость увеличиваются. в обратном порядке.

Нет доступной справочной информации – войдите в систему для доступа.

Информация о цитировании недоступна – войдите в систему, чтобы получить доступ.

Нет дополнительных данных.

Нет статьи СМИ

Без показателей

Ключевые слова: AuFeS2; ДПФ; Энергетическая щель HOMO-LUMO; VCCA-2020; нанокластер типа халькопирита; химия и ее приложения; солнечные батареи

Тип документа: Исследовательская статья

Филиал: 1: Кафедра мехатроники, Университет Манипала, Джайпур, Дехми-Калан, Джайпур303007, Индия 2: Кафедра химии, Университет Манипала, Джайпур, Дехми-Калан, Джайпур303007, Индия 3: Департамент химии и биохимии, Школа фундаментальных наук и исследований, Университет Шарда, Большая Нойда, 201310, Индия

Дата публикации: 26 мая 2021 г.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *