Se presenta un protocolo para la síntesis y procesamiento de cerámicas policristalinas SrTiO3 dopadas de manera no uniforme con Pr junto con la investigación de sus propiedades termoeléctricas.
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Artículo de método
Síntesis de dopado-Pr no uniformemente SrTiO
En este artículo
Resumen
Resumen
Demostramos una nueva estrategia de síntesis para la preparación de cerámicas de SrTiO3 dopadas con Pr mediante una combinación de técnicas de reacción de estado sólido y sinterización por plasma por chispa. Las cerámicas policristalinas que poseen una morfología única se pueden lograr optimizando los parámetros del proceso, en particular la velocidad de calentamiento de la sinterización por plasma de chispa. La fase y morfología de las cerámicas sintetizadas se investigaron en detalle mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de rayos X de dispersión de energía. Se observó que los granos de estas cerámicas SrTiO3 dopadas con Pr a granel se mejoraron con límites de grano ricos en Pr. También se investigaron las propiedades electrónicas y térmicas del transporte en función de la temperatura y la concentración de dopaje. Se descubrió que dicha microestructura daba lugar a propiedades termoeléctricas mejoradas. En concreto, se produjo una mejora significativa en la movilidad de los portadores y en el factor de potencia termoeléctrica. Al mismo tiempo, también condujo a una marcada reducción de la conductividad térmica. Como resultado, se logró una mejora significativa (> 30%) en la figura de mérito termoeléctrica para todo el rango de temperatura con respecto a todos los valores máximos informados anteriormente para las cerámicas basadas en SrTiO3. Esta síntesis demuestra los pasos para la preparación de cerámicas policristalinas a granel de SrTiO 3 dopado con Prde manera no uniforme.
Introducción
Termoeléctricas Óxido mostraron ser candidatos prometedores para alta temperatura aplicaciones termoeléctricas, de estabilidad y de costos perspectivas a las propiedades de transporte electrónico. Entre las termoeléctricas de óxido de tipo n, titanato de estroncio altamente dopado (STO) ha atraído mucha atención debido a sus propiedades electrónicas intrigantes. Sin embargo, una gran conductividad térmica total (κ ~ 12 W m-1 K-1 a 300 K para monocristales) 1 y una baja movilidad de portador (μ ~ 6 cm 2 V -1 s -1 a 300 K para monocristales) 1 afecta negativamente el rendimiento termoeléctrico que es eva....
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Protocolo
1. Preparación de dopado-Pr SrTiO 3 Polvo
- Para preparar 10 g de Sr 0.95 Pr 0.05 de TiO 3 en polvo, pesar las cantidades estequiométricas de SrCO3 polvo (7.53407 g), TiO2 nanopolvo (4,28983 g), y Pr 2 O 3 bulto sinterizado (0,44299 g) después de la reacción para x = 0,05:
- Moler las pesadas Pr 2 O 3 bultos sinterizados a partículas finas utilizando un m....
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Resultados
Patrones difracciones de rayos X se recogieron para los polvos como preparados y la cerámica a granel correspondientes en función de Pr-contenido (Figura 1) con el fin de estudiar el efecto de Pr-dopaje en el SrTiO3 celosía, solubilidad del Pr en SrTiO 3 y la formación de fase secundaria (s). Los patrones de confirmar la formación de SrTiO3 fase en todos los polvos como preparados donde las reflexiones pueden ser indexados a una red cúbica con grupo espacial (Fig.......
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Discusión
En este protocolo, hemos presentado los pasos de la estrategia de síntesis para preparar con éxito policristalinos mayor Pr dopado SrTiO3 cerámica que presenta mejores propiedades electrónicas y termoeléctricas. Las principales etapas del protocolo incluyen (i) la síntesis de estado sólido de la dopado SrTiO3 polvo en aire a presión atmosférica y (ii) tomar ventaja de las capacidades de la técnica de sinterización de plasma por chispa para densificar el polvo como preparado en alto densidad de la c.......
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Los autores desean agradecer la subvención competitiva de colaboración iniciada por el profesorado (FIC) de KAUST.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| SrCO3 Polvo, 99,9% | Sigma Aldrich | 472018 | |
| TiO2 Nanopolvo, 99,5% | Sigma Aldrich | 718467 | |
| Pr2O3 Trozos sinterizados, 99,9% | Alfa Aesar | 35663 | |
| Sinterización de plasma por chispa | Dr. Sinter Lab | SPS-515S Sistema de medición de | |
| resistividad/coeficiente de Seebeck | Ulvac-Riko | ZEM-2 | |
| Sistema de medición de difusividad térmica por flash láser | Netzsch | LFA-457 Sistema de | |
| Netzsch | 404C Pegasus | ||
| Sistema de medición de propiedades físicas (PPMS) | Diseño cuántico | ||
| Microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FE-SEM) | Hitachi | SU-6600 | |
| Espectroscopia de rayos X de dispersión energética (EDS) | de Oxford Instruments | ||
| Rigaku | Ultima IV | ||
| Recubrimiento por pulverización catódica de sobremesa | Denton Vacuum | Desk II | |
| Diamond Sierra de rueda | South Bay Technology |
Referencias
- 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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Reimpresiones y permisos
