Viene presentato un protocollo per la sintesi e la lavorazione di ceramiche policristalline SrTiO3 drogate in modo non uniforme con Pr insieme allo studio delle loro proprietà termoelettriche.
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Articolo metodologico
Sintesi di non-uniforme Pr-drogato SrTiO
In questo articolo
Sommario
Abstract
Dimostriamo una nuova strategia di sintesi per la preparazione di ceramiche SrTiO3 drogate con Pr tramite una combinazione di tecniche di reazione allo stato solido e di sinterizzazione al plasma a scintilla. Le ceramiche policristalline che possiedono una morfologia unica possono essere ottenute ottimizzando i parametri di processo, in particolare la velocità di riscaldamento della sinterizzazione al plasma a scintilla. La fase e la morfologia delle ceramiche sintetizzate sono state studiate in dettaglio utilizzando la diffrazione dei raggi X, la microcopia elettronica a scansione e la spettroscopia a raggi X a dispersione di energia. È stato osservato che i grani di queste ceramiche SrTiO3 drogate con Pr sono state migliorate con bordi di grani ricchi di Pr. Sono state studiate anche le proprietà elettroniche e di trasporto termico in funzione della temperatura e della concentrazione di drogaggio. Si è scoperto che tale microstruttura dà origine a migliori proprietà termoelettriche. In particolare, ha comportato un miglioramento significativo della mobilità delle portaerei e del fattore di potenza termoelettrica. Allo stesso tempo, ha anche portato a una marcata riduzione della conducibilità termica. Di conseguenza, è stato raggiunto un miglioramento significativo (> 30%) del valore termoelettrico per l'intero intervallo di temperatura rispetto a tutti i valori massimi precedentemente riportati per le ceramiche a base di SrTiO3. Questa sintesi dimostra i passaggi per la preparazione di ceramiche policristalline sfuse di SrTiO3 non uniformemente drogato con Pr.
Introduzione
Termoelettrico ossido hanno dimostrato di essere candidati promettenti per applicazioni termoelettriche ad alta temperatura, di stabilità e di costo prospettive alla proprietà di trasporto elettronico. Tra i termoelettrico ossido di tipo n, titanato di stronzio fortemente drogata (STO) ha attirato molta attenzione per le sue interessanti proprietà elettroniche. Tuttavia, una grande conduttività termica totale (κ ~ 12 W m -1 K -1 a 300 K per monocristalli) 1 e mobilità portante bassa (μ ~ 6 cm 2 V -1 sec -1 a 300 K per cristalli singoli) 1, compromette il rendimento termoelettrico che viene v....
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Protocollo
1. Preparazione di Pr-drogato SrTiO 3 Polvere
- Al fine di preparare 10 g di Sr 0,95 Pr 0.05 TiO 3 in polvere, pesare le quantità stechiometriche di SrCO3 polvere (7,53407 g), TiO2 nanopolveri (4,28983 g), e Pr 2 O 3 grumo sinterizzato (0,44299 g) a seguito della reazione per x = 0.05:
- Macinare le pesati Pr 2 O 3 grumi sinterizzate a particelle fini che....
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Risultati
Diffrazioni radiografiche modelli sono stati raccolti per le polveri come preparate e le corrispondenti ceramiche bulk in funzione del Pr-contenuti (Figura 1) al fine di studiare l'effetto di Pr-doping sulla SrTiO 3 reticolare, solubilità in Pr SrTiO 3 e la formazione di fase secondaria (s). I modelli confermano la formazione di SrTiO 3 fase tutte le polveri come preparate dove i riflessi possono essere indicizzati al reticolo cubico con gruppo spaziale (Figu.......
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Discussione
In questo protocollo, abbiamo presentato i passi della strategia di sintesi al fine di prepararsi con successo policristalline massa Pr-drogato SrTiO 3 ceramica espone migliorate proprietà elettroniche e termoelettriche. Le principali fasi del protocollo comprendono (i) la sintesi a stato solido del drogato SrTiO 3 polvere in aria sotto pressione atmosferica e (ii) sfruttando le capacità della tecnica di sinterizzazione spark plasma per addensare la polvere come preparato in alto Densità ceramiche .......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Gli autori desiderano riconoscere la sovvenzione competitiva per la collaborazione avviata dalla facoltà (FIC) di KAUST.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Polvere SrCO3, 99,9% | Sigma Aldrich | 472018 | |
| TiO2 Nanopolvere, 99,5% | Sigma Aldrich | 718467 | |
| Pr2O3 Grumi sinterizzati, 99,9% | Alfa Aesar | 35663 | |
| Sinterizzazione al plasma a scintilla | Dr. Sinter Lab | SPS-515S Sistema di misurazione della | |
| Seebeck | Ulvac-Riko | ZEM-2 | |
| Laser Flash Sistema di misurazione della diffusività termica | Netzsch | LFA-457 Sistema | |
| Netzsch | 404C Sistema | ||
| (PPMS) | Quantum Design | ||
| Microscopio elettronico a scansione a emissione di campo (FE-SEM) | Hitachi | SU-6600 | |
| Spettroscopia a raggi X a dispersione energetica (EDS) | Oxford Instruments | ||
| Diffrattometro a raggi X | Rigaku | Ultima IV | |
| Bench-top Sputter Coater | Denton | Vacuum Desk II | |
| Diamond Sega a ruota | South Bay Tecnologia |
Riferimenti
- 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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Ristampe e permessi
