Ein Protokoll für die Synthese und Verarbeitung von polykristallinen SrTiO3-Keramiken, die ungleichmäßig mit Pr dotiert sind, wird zusammen mit der Untersuchung ihrer thermoelektrischen Eigenschaften vorgestellt.
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Methodenartikel
Synthese von nicht-einheitlich Pr-dotierten SrTiO
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Wir demonstrieren eine neuartige Synthesestrategie zur Herstellung von Pr-dotierten SrTiO3-Keramiken durch eine Kombination aus Festkörperreaktions- und Funkenplasma-Sintertechniken. Polykristalline Keramiken mit einer einzigartigen Morphologie können durch die Optimierung der Prozessparameter, insbesondere der Heizrate des Funkenplasma-Sinterns, erreicht werden. Die Phase und Morphologie der synthetisierten Keramiken wurden mittels Röntgenbeugung, Rasterelektronenmikroskopie und energiedispersiver Röntgenspektroskopie detailliert untersucht. Es wurde beobachtet, dass die Körner dieser Pr-dotierten SrTiO3-Keramiken mit Pr-reichen Korngrenzen angereichert waren. Die Eigenschaften des elektronischen und thermischen Transports wurden auch in Abhängigkeit von der Temperatur und der Dotierungskonzentration untersucht. Es wurde festgestellt, dass eine solche Mikrostruktur zu verbesserten thermoelektrischen Eigenschaften führt. Konkret führte dies zu einer deutlichen Verbesserung der Trägermobilität und des thermoelektrischen Leistungsfaktors. Gleichzeitig führte es zu einer deutlichen Verringerung der Wärmeleitfähigkeit. Im Ergebnis wurde eine signifikante Verbesserung (> 30%) der thermoelektrischen Gütezahl über den gesamten Temperaturbereich gegenüber allen zuvor berichteten Maximalwerten für SrTiO3-basierte Keramiken erreicht. Diese Synthese demonstriert die Schritte zur Herstellung von polykristallinen Massenkeramiken aus ungleichmäßig Pr-dotiertemSrTiO 3.
Einleitung
Oxide Thermoelektrik wurde gezeigt, dass vielversprechende Kandidaten für Hochtemperatur thermoelektrische Anwendungen, von Stabilität und Kosten Perspektiven zu elektronischen Transporteigenschaften sein. Unter den oxidischen Thermo n-Typ hat hochdotiertem Strontiumtitanat (STO) viel Aufmerksamkeit aufgrund ihrer interessanten elektrischen Eigenschaften angezogen. Wird jedoch eine große Gesamt Wärmeleitfähigkeit (κ ~ 12 W m -1 K -1 bei 300 K für Einkristalle) 1 und einer niedrigen Trägerbeweglichkeit (μ ~ 6 cm 2 V -1 s -1 bei 300 K für Einkristalle) 1 beeinträchtigen die thermoelektrische L....
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Protokoll
1. Herstellung der Pr-dotierten SrTiO 3 Pulver
- Um 10 g Sr 0,95 Pr 0,05 TiO 3 Pulver herzustellen, wiegen die stöchiometrischen Mengen SrCO 3 Pulver (7,53407 g), TiO 2 Nanopulver (4,28983 g) und Pr 2 O 3 gesintert Klumpen (0,44299 g) nach der Umsetzung für x = 0,05:
- Grind die gewogen Pr 2 O 3 gesintert Klumpen, feine Teilchen mit einem Achat-Mörser und....
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Ergebnisse
Röntgenbeugungsmuster wurden für die so hergestellten Pulver und den entsprechenden Bulkkeramiken als Funktion der Pr-Gehalt (Abbildung 1), um die Wirkung der Pr-Dotierung auf der SrTiO in SrTiO Studie 3 Gitter Löslichkeit Pr gesammelten 3 und die Bildung von sekundären Phase (n). Die Muster bestätigen die Bildung von SrTiO 3 Phasen in allen so hergestellten Pulver in dem die Reflexionen zu einem kubischen Gitter mit der Raumgruppe (1A) indiziert werden........
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Diskussion
In diesem Protokoll haben wir die Schritte der Synthesestrategie, um Groß polykristallinen Pr-dotierten SrTiO 3 -Keramik erfolgreich vorzubereiten, die eine verbesserte elektronische und thermoelektrischen Eigenschaften vorgestellt. Die wichtigsten Schritte des Protokolls sind (i) die Festkörpersynthese des dotierten SrTiO 3 -Pulver in Luft unter Atmosphärendruck und (ii) die Nutzung der Fähigkeiten der Spark-Plasma-Sintertechnik, die so hergestellten Pulver in hoher verdichten Dichte Bulkkeramiken.......
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Danksagungen
Die Autoren möchten sich bei dem kompetitiven fakultätsinitiierten Kooperationszuschuss (FIC) von KAUST bedanken.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| SrCO3 Pulver, 99,9 % | Sigma Aldrich | 472018 | |
| TiO2 Nanopulver, 99,5 % | Sigma Aldrich | 718467 | |
| Pr2O3 Gesinterte Klumpen, 99,9 % | Alfa Aesar | 35663 | |
| Spark Plasma Sintern | Dr. Sinter Lab | SPS-515S | |
| -/Seebeck-Koeffizienten-Messsystem | Ulvac-Riko | ZEM-2 | |
| Laser Flash Wärmeleitfähigkeits-Messsystem | Netzsch | LFA-457 Microflash | |
| Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) System | Netzsch | 404C Pegasus | |
| Messsystem für physikalische Eigenschaften (PPMS) | Quantum Design | ||
| Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-SEM) | Hitachi | SU-6600 | |
| Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) | Oxford Instruments | ||
| Röntgendiffraktometer | Rigaku | Ultima IV | |
| Tisch-Sputter-Coater | Denton Vacuum | Desk II | |
| Diamant Radsäge | South Bay Technology |
Referenzen
- Ohta, S., Nomura, T., Ohta, H., Koumoto, K. High-temperature Carrier Transport and Thermoelectric Properties of Heavily La-or Nb-doped SrTiO3 Single Crystals. J. Appl. Phys. 97, (2005).
- Wang, H. C., et al. ....
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Nachdrucke und Genehmigungen
