The Influence of Physical Quantities on Electrical Parameters of Heterometallic µ-Methoxy (Copper (II), Bismuth (III)) Acetylacetonate

Abstract

У роботі представлений спосіб отримання комплексного µ-метокси (міді (II), вісмуту (III)) ацетилацетонату Cu3Bi(AA)4(OCH3)5, де HAA = H3C-C(O)-CH2-C(O)-CH3 і результати досліджень електричних параметрів цієї речовини. Встановлено, що досліджуваний матеріал є напівпровідником. Склад, структуру та фізико-хімічні властивості синтезованого гетерометалевого µ-метокси (міді (II), вісмуту (III)) ацетилацетонату перевірено елементним, рентгенофазовим, магнітохімічним, ІЧ-спектроскопічним та термогравіметричним дослідженнями. Для виділеної комплексної сполуки (АА)4(OCH3)5 (І) розраховано молярну масу та кількість валентних електронів в одній молекулі. Молярна маса дорівнювала 950,5 г/моль, а число валентних електронів – 229. Для експериментальних досліджень було створено циліндричний зразок масою 0,1 г і об’ємом 17,67·10 – 9 м3 із комплексної сполуки (I) методом пресування. Дослідження електропровідних властивостей ацетилацетонату μ-метокси (міді (II), вісмуту (III)) у стиснутому вигляді в інтервалі температур 50~120 °C показало різке зниження питомого електричного опору від 8·109 до 7·103 Ом·см з підвищення температури, що є характерним для напівпровідникових матеріалів. Електричну провідність матеріалу розраховували з урахуванням експериментальних вимірювань: σ1 дорівнює 1,25·–10 8 1/(Ом∙м) для 50 °С і σ2 дорівнює 1,4·10 – 2 1/(Ом∙м) для 120 °С. Досліджено вплив магнітного поля на напруженість електричного поля всередині досліджуваного зразка речовини. Також було отримано залежність напруги Холла від індукції магнітного поля для речовини зразка. Діапазон робочих температур від +50 до + 220 °C, хімічна сполука розкладається при 260 °C. Концентрація носіїв заряду зростає від 7,8·1017 м – 3 при 50 °C до 4,14·1029 м – 3 при 220 °C, а постійна Холла зменшується з 9,43 м3·C – 1 до 1,8·10 – 11 м3·C – 1, при підвищенні температури від 50 до 220 °С. Напруга Холла змінюється від 1,97·10 – 5 В до 1,97·10 – 3 В у діапазоні магнітного поля від 0 до 1000 мТл. Новий магніточутливий елемент на основі синтезованого напівпровідникового матеріалу буде використовуватися для створення датчиків магнітного поля.

The paper presents a technique for obtaining the complex μ-methoxy (copper (II), bismuth (III)) acetylacetonate, Cu3Bi(AA)4(OCH3)5, where HAA = H3C–C(O)–CH2–C(O)–CH3, and results of studying the electrical parameters of this substance. The studied material has been established to be a semiconductor. The composition, structure, and physicochemical properties of the synthesized heterometallic µ-methoxy (copper (II), bismuth (III)) acetylacetonate were verified by elemental, X-ray phase, magnetochemical, IR spectroscopy and thermogravimetric examination. A molar mass and a number of valence electrons in one molecule were calculated for a selected complex compound (AA)4(OCH3)5 (І). The molar mass was equal to 950.5 g/mol, and the number of valence electrons was 229. For experimental studies, a cylindrical sample with a mass of 0.1 g and a volume of 17.67 10 – 9 m3 made of the complex compound (I) by a pressing method was utilized. Investigation of conductive properties of µ-methoxy (copper (II), bismuth (III)) acetylacetonate in compressed form within the temperature range 50-120 °C showed that the electrical resistivity sharply decreases from 8·109 to 7·103 Ohm·cm with increasing temperature, which is typical for semiconductor materials. Conductivities of the material were calculated considering the experimental measurements: σ1 was equal to 1.25·10 – 8 1/(Оhm∙m) for 50 °С and σ2 was equal to 1.4·10 – 2 1/(Оhm∙m) for 120 °С. The influence of a magnetic field on the electric field strength inside the test sample of the substance was investigated. The magnetic field induction dependence of the Hall voltage for the sample substance was obtained as well. The operating temperature range is from 50 to 220 °C, with chemical compound decomposing at 260 °C. The charge carrier concentration increases from 7.8·1017 m – 3 at 50 °C to 4.14·1029 m – 3 at 220 °C, while the Hall constant decreases from 9.43 m3·C – 1 to 1.8·10 – 11 m3·C – 1, when the temperature increases from 50 to 220 °C. The Hall voltage varies from 1.97·10 – 5 to 1.97·10 – 3 V in the magnetic field range from 0 to 1000 mT. The new magnetically sensitive element based on a synthesized semiconductor material will be used to develop magnetic field sensors.