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Para entender algunos conceptos relacionados con el ATD, los diagramas de fases y la información que se derivan de ellos, vamos a desarrollar este concepto usando como ejemplo el CuInTe₂ indicado en la figura 2.
► Componentes: se refiere al tipo de material, como los elementos puros que forman una aleación o compuesto: Cu, In y Te, que puede distinguirse de otro por su naturaleza de sustancia química diferente.
► Sistema: está relacionado a una serie de posibles aleaciones consistentes de los mismos componentes: Cu₂Te - In₂Te₃.
► Aleaciones o compuestos: cuando se mezclan varios componentes de un mismo sistema, aparece la variable composición del sistema. Al mezclar 50 % de Cu₂Te y 50% de In₂Te₃ se obtiene el compuesto ternario CuInTe₂, como en la figura 2.
► Fase: es toda porción de un sistema con la misma estructura o arreglo atómico, con aproximadamente la misma composición y propiedades en todo el compuesto que la constituye. Las fases en equilibrio pueden corresponder a los más variados tipos de sistemas: líquido en equilibrio con su vapor, uno o dos sólidos en equilibrio con una fase fundida, uno o dos sólidos en equilibrio con un compuesto formado entre ellos, etc. En el caso del CuInTe₂, la fase en equilibrio a temperatura ambiente es la fase calcopirita γ-CuInTe₂, según la figura 2.
► Fusión congruente: aquella aleación que va desde una fase líquida hasta una sólida única a temperatura constante sin cambio en la composición. Este es el caso del CuInTe₂.
► Fusión incongruente: en la aleación permanece una fase líquida y la solidificación tiene lugar al formarse los primeros cristales conforme la temperatura desciende, el líquido disminuye en cantidad y cambiará su composición al enfriarse, como es el caso del compuesto CuIn₅Te₈.
► Transformación orden-desorden en el estado sólido: después de cualquier tipo de fusión del compuesto y al formarse un sólido, los átomos generalmente no ocupan ninguna posición específica, sino que están distribuidos al azar en la estructura reticular, se dice que está en una condición desordenada, esta fase es la esfalerita β-CuInTe₂, según la figura 2. Las distribuciones al azar, si se enfrían lentamente, sufren un reordenamiento de los átomos y se mueven hacia posiciones definidas dentro de la red. Esta estructura se conoce ahora como solución sólida ordenada o superred, en este caso particular, la fase calcopirita γ-CuInTe₂.



Figura 2 del autor @iamphysical: Gráfica del ATD del CuInTe₂ obtenido en el registrador X-T y su correspondencia en el diagrama de fases de los pseudobinarios de Cu₂Te-In₂Te₃ reportado en la literatura [R1]. Se observa un pico invertido que corresponde al punto de fusión de la plata (961 ºC) que sirve de referencia y la línea continua (verde) representa la temperatura del horno.

Este método parece ser el mejor para determinar la temperatura de solidificación inicial y final de un compuesto. Los cambios de fases que ocurren sólo en el estado sólido, generalmente comprenden pequeños cambios de calor, por lo que se observará un pico de menor intensidad respecto al pico generado por el punto de fusión del compuesto que se analiza.
En la práctica los cambios de fase tienden a ocurrir a temperaturas ligeramente mayores o menores, dependiendo de la rapidez a la que el compuesto se calienta o se enfría. La rápida variación en la temperatura, que puede impedir cambios de fase que normalmente ocurrirían bajo condiciones de equilibrio, distorsionará y a veces limitará la aplicación de estos diagramas.
Para el registrador X-T, el incremento de temperatura del horno desde la temperatura ambiente hasta 1150 ºC se alcanza en 3 horas, aproximadamente 375 ºC/h. El proceso de enfriamiento se obtiene simplemente apagando el horno y la temperatura disminuye lentamente, siguiendo la ley de enfriamiento de Newton (explicada por @ydavgonzalez), en comparación con el calentamiento.
Para el equipo Perkin-Elmer, se programa un calentamiento desde 30 ºC hasta 1150 ºC a razón de 300 ºC/h y un enfriamiento con una rapidez de 180 ºC/h. Por esta razón, se obtiene un valor más preciso de las transiciones térmicas, pero con el otro sistema aprendí más sobre las transiciones térmicas!

En el siguiente "termograma", realizado por el autor @iamphysical, podemos observar las transiciones térmicas de una muestra de CuInSe2 tipo n, ya que contiene un exceso de 1% de In. En el proceso de calentamiento aparece un pico, poco intenso, en 810 ºC que corresponde al cambio de estructura en el estado sólido (CE-ES), luego se observa un pico más pronunciado a 984 ºC relacionado con el punto de fusión (PF) de este material. A partir de este punto comienza a fundirse la muestra y desaparece el pico cuando ya todo está líquido!

Después del PF no se espera observar otra transición térmica y se comienza el proceso de enfriamiento. Todo es líquido y comienza a aparecer el pico intenso de solidificación y desaparece cuando todo el material ha sido solidificado en pequeños cristales. El sistema es desordenado en la fase cúbica y mientras los átomos se reordenan, toman la forma de la estructura estable ordenada a temperatura ambiente relacionada con la tetragonal calcopirita!

Esto es lo que me fascina y me motiva a seguir estudiando nuevos materiales semiconductores, aun no he divulgado sobre ellos: Cu₃Ga₇Te₁₂, Ag₂PbTe₃, Ag₂PbSe₂, Cu₃Ga₅Te₉, AgIn_5,01Te₈, entre otros; pero cuando consolide los resultados de estudio y los publique en una revista indexada y arbitrada los estaré compartiendo para la comunidad steemit.com

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Referencias y lecturas recomendadas:

[R1] L. Shay and J. H. Wernick. Ternary chalcopyrite semiconductors: growth, electronic properties and applications. Pergamon Press, New York, (1975).

○ Equipo para Análisis Térmico Diferencial
○ Información sobre Análisis Térmico
○ Diagramas de Fases
○ ATD de los semiconductores CIT y CGT