锑化铋

锑化铋
识别
CAS号 12323-19-2
PubChem 69145232.1.1InChI
ChemSpider 11201349
SMILES
 
  • [Sb].[Sb].[Bi].[Bi]
InChIKey AEMQIQQWIVNHAU-UHFFFAOYSA-N
性质
化学式 BiSb
摩尔质量 330.74 g/mol g·mol⁻¹
外观 淡灰色至深灰色固体
密度 8.31 g/cm3
溶解性 不可溶
结构
晶体结构 六方晶系, A7, 空间群= R3m, No. 166
危险性
GHS危险性符号
《全球化学品统一分类和标签制度》（简称“GHS”）中有害物质的标签图案《全球化学品统一分类和标签制度》（简称“GHS”）中对环境有害物质的标签图案
GHS提示词 Warning
H-术语 H302, H332, H411
P-术语 ?
NFPA 704
0
2
0
 
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

锑化铋（英語：Bismuth antimonides，Bismuth-antimonys），又称铋锑合金（英語：Bismuth-antimony alloys），化学式为Bi1−xSbx，为锑和铋组成的一系列化学计量比的二元合金。

其中Bi0.9Sb0.1是第一个实验观察到的三维拓扑绝缘体材料，即表面导电而内部绝缘的材料[1]。

不同成分比的BiSb合金在低温下是一种超导体[2]，其同时也具有半导体特性[3]和热电性质[4]。

锑化铋有时也描述为Bi2Sb2（见右表）[5]。

合成

锑化铋晶体可通过在惰性气氛或真空条件下熔化锑和铋两种金属得到，并通过区域熔炼来减少杂质，提高纯度[4]。去除杂质对获得锑化铋单晶至关重要，因为杂质氧化会引发多晶生长（非均相成核）[3]。

性质

拓扑绝缘体

纯铋是一种半金属，即具有窄带隙，使得其具有相对较高的导电性（电导率=7.7×105 S/m ， 20 °C）。当掺入锑后，导带能级下降，价带能级增加。当锑掺杂浓度达到4%时，导带与价带交叉，形成狄拉克点[1]。锑浓度进一步增加会导致能带反转，此时价带能级在特定动量下比导带能级高。在锑浓度介于7%和22%之间时，价带和导带不再交叉，此时Bi1−xSbx变成能带反转绝缘体[6]。在这种情况下，锑的表面态带隙消失，形成表面导电的拓扑绝缘体性质[1]。

超导体

Bi1−xSbx具有超导体性质，在厚度为150–1350 Å的Bi0.4Sb0.6薄膜时，临界温度Tc可达到最高的2 K[2]。对于Bi0.935Sb0.065单晶在临界磁场强度Bc = 1.6 T下，临界温度可达4.2 K[7]。

半导体

Bi1−xSbx具有半导体性质。在40 K下，Bi1−xSbx的电子迁移率介于4.9×105 cm2/V·s（锑含量Sb%=0 %）和2.4×105 cm2/V·s（Sb%=7.2%）之间[3]。其电子迁移率比常见的硅半导体（1400 cm2/V·s，室温）高得多[8]。

电子有效质量（EEM）是另一个描述半导体性能的参数。对于Bi1−xSbx，x=0.11时，电子有效质量为2×10−3 me，在x=0.06时则为9×10−4 me[1]。其比许多常见的半导体材料电子有效质量要低得多，如Si：1.09 me，300K；Ge：0.55 me；GaAs：0.067 me。Bi1−xSbx低电子有效质量使得其在热光伏（英语：Thermophotovoltaic）领域很很好的运用。

热电效应

Bi1−xSbx被用于许多热电设备的n型半导体极。热电效率用系数zT = σS2T/λ描述，其中S 为塞贝克系数, λ 为热导率, σ为电导率。zT描述的是热电提供的能量与设备吸收的热量之比。在80 K下，Bi1−xSbx在x=0.15时达到最大的6.5×10−3 K−1[4]。对于Bi0.9Sb0.1，塞贝克系数S更是达到了−140 μV/K，远低于纯铋的−50 μV/K[9]。

参考文献

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Hsieh, D.; Qian, D.; Wray, L.; Xia, Y.; Hor, Y. S.; Cava, R. J.; Hasan, M. Z. A topological Dirac insulator in a quantum spin Hall phase. Nature. 2008-04-24, 452 (7190): 970–974 [2024-07-23]. Bibcode:2008Natur.452..970H. ISSN 0028-0836. PMID 18432240. S2CID 4402113. arXiv:0902.1356 可免费查阅. doi:10.1038/nature06843. （原始内容存档于2009-12-23）. 
  2. ^ 2.0 2.1 Zally, G. D.; Mochel, J. M. Fluctuation Heat Capacity in Superconducting Thin Films of Amorphous BiSb. Physical Review Letters. 1971, 27 (25): 1710–1712. Bibcode:1971PhRvL..27.1710Z. doi:10.1103/physrevlett.27.1710. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 Jain, A. L. Temperature Dependence of the Electrical Properties of Bismuth-Antimony Alloys. Physical Review. 1959, 114 (6): 1518–1528. Bibcode:1959PhRv..114.1518J. doi:10.1103/physrev.114.1518. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Smith, G. E.; Wolfe, R. Thermoelectric Properties of Bismuth-Antimony Alloys. Journal of Applied Physics. 1962-03-01, 33 (3): 841–846. Bibcode:1962JAP....33..841S. ISSN 0021-8979. doi:10.1063/1.1777178. 
  5. ^ PubChem. Bismuth, compd. with antimony (1:1). pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. [2021-06-15]. （原始内容存档于2024-11-27） （英语）. 
  6. ^ Shuichi Murakami. Phase transition between the quantum spin Hall and insulator phases in 3D: emergence of a topological gapless phase. New Journal of Physics. 2007, 9 (9): 356. Bibcode:2007NJPh....9..356M. S2CID 13999448. arXiv:0710.0930 可免费查阅. doi:10.1088/1367-2630/9/9/356. 
  7. ^ Kasumov, A. Yu.; Kononenko, O. V.; Matveev, V. N.; Borsenko, T. B.; Tulin, V. A.; Vdovin, E. E.; Khodos, I. I. Anomalous Proximity Effect in the Nb–BiSb–Nb Junctions. Physical Review Letters. 1996, 77 (14): 3029–3032. Bibcode:1996PhRvL..77.3029K. PMID 10062113. doi:10.1103/physrevlett.77.3029. 
  8. ^ Electrical properties of Silicon (Si). www.ioffe.rssi.ru. [2015-12-11]. （原始内容存档于2015-11-22）. 
  9. ^ Goldsmid, H. J. Bismuth–antimony alloys. Physica Status Solidi A. 1970-01-16, 1 (1): 7–28. Bibcode:1970PSSAR...1....7G. ISSN 1521-396X. doi:10.1002/pssa.19700010102.