Сульфид тулия

Сульфид тулия (дитулий трисульфид, тулий(III) сернистый) — неорганическое бинарное соединение тулия и серы с химической формулой Tm₂S₃, CAS 12166-30-2. Относится к классу редкоземельных халькогенидов. При нормальных условиях представляет собой тёмно-коричневый порошок или поликристаллический материал.

Химическая формула и идентификаторы

Химическая формула — Tm₂S₃. Молярная масса — 434 г/моль (2 × 168,93 + 3 × 32,06). CAS: 12166-30-2, EINECS: 235-321-7.

Кристаллическая структура и полиморфизм

Tm₂S₃ существует в нескольких полиморфных модификациях. Устойчивая при нормальных условиях δ-модификация кристаллизуется в моноклинной сингонии (пространственная группа P2₁/m, структурный тип Ho₂S₃; параметры элементарной ячейки: a = 1,006 нм, b = 0,397 нм, c = 1,740 нм, β = 98,66°). Атомы Tm имеют координационные числа 6 (искажённый октаэдр) и 7 (моношапочная тригональная призма).

При давлении около 5 ГПа δ-фаза переходит в высокобарическую α-фазу с кубической симметрией (структурный тип корунда, пространственная группа Ia-3). При этом переходе наблюдается существенное сокращение межатомных расстояний и ширины запрещённой зоны.

Химические свойства и растворимость

При комнатной температуре соединение устойчиво на воздухе. Умеренно растворимо в воде и разбавленных кислотах. Хорошо растворяется в концентрированных минеральных кислотах (соляной, серной), реагирует с концентрированными щелочами. Взаимодействие с органическими растворителями (спирты, ацетон) незначительно.

Полупроводниковые свойства

Tm₂S₃ — полупроводниковый материал с шириной запрещённой зоны около 2,3 эВ. Это значение определяет оптическую активность соединения в видимом диапазоне и его поведение в качестве фоточувствительного материала. Под давлением электрическое сопротивление снижается на несколько порядков, что существенно расширяет потенциал применения в устройствах высокого давления.

Природное сырьё и получение

Тулий встречается в природе в составе фосфатных и силикатных минералов — монацита, эвксенита, ксенотима, лопарита — в виде примеси среди других редкоземельных элементов. Концентрация крайне невысока, поэтому промышленное выделение тулия ведётся попутно при переработке редкоземельного сырья.

Tm₂S₃ синтезируют двумя основными методами:

• Сульфидирование оксида тулия сероводородом при повышенных температурах в контролируемой атмосфере: Tm₂O₃ + 3H₂S → Tm₂S₃ + 3H₂O. Метод обеспечивает получение соединения с воспроизводимым составом.
• Прямой синтез из элементов — взаимодействие металлического тулия и серы при высоких температурах в инертной атмосфере. Применяется в лабораторных условиях.

Применение сульфида тулия

Tm₂S₃ — специализированный материал исследовательского и опытно-производственного уровня. Практически значимые направления применения:

• Полупроводниковые устройства: исследуется как матричный материал для транзисторов и диодов, работающих при повышенных температурах, благодаря химической и термической стабильности.
• Оптоэлектроника: рассматривается как активная среда в светодиодах и лазерных диодах инфракрасного диапазона, исходя из параметров запрещённой зоны и оптических переходов иона Tm³⁺.
• Термоэлектрические преобразователи: изучается как термоэлектрический материал для рекуперации тепловой энергии благодаря сочетанию достаточной электропроводности и низкой теплопроводности.
• Мишени для напыления: используется для формирования тонких плёнок редкоземельных сульфидов методами PVD (физическое осаждение из паровой фазы) в задачах функциональных покрытий.
• Катализ и наноматериалы: наноструктурированный Tm₂S₃ изучается в качестве катализатора в реакциях «зелёной» химии и как добавка в нанокомпозиционные материалы.

Форма поставки

Сульфид тулия Tm₂S₃ поставляется в виде порошка с чистотой 99,9–99,99% (по сумме редкоземельных оксидов). Фасовка и условия хранения согласовываются с заказчиком. Для уточнения минимальной партии, сроков поставки и технических требований направьте запрос через форму на сайте.

Смотрите также: селенид тулия и оксид тулия — редкоземельные халькогениды и оксиды тулия со смежными техническими характеристиками.