Artykuł metodologiczny

Polikrystaliczny CdSe-SNSE o niskiej przewodności cieplnej poddany obróbce w roztworze, poddany inżynierii powierzchniowej

2.2K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/66278

⸱

17 maja 2024

 ,  , 
1Institute of Science and Technology Austria (ISTA)

W tym artykule

Podsumowanie

Nanokompozyty CdSe-SnSe są wytwarzane przez konsolidację cząstek SnSe zaprojektowanych powierzchniowo. Do produkcji cząstek SnSe stosuje się prostą syntezę wodną. Powlekanie cząstek SnSe kompleksami molekularnymi CdSe pozwala na kontrolowanie wielkości ziaren i zwiększenie liczby defektów występujących w nanokompozycie, a tym samym obniżenie przewodnictwa cieplnego.

Streszczenie

W ostatnich latach, procesy rozwiązań zyskały znaczną popularność jako opłacalna i skalowalna metoda produkcji wysokowydajnych materiałów termoelektrycznych. Proces ten obejmuje szereg krytycznych etapów: syntezę, oczyszczanie, obróbkę termiczną i konsolidację, z których każdy odgrywa kluczową rolę w określaniu wydajności, stabilności i odtwarzalności. W większości opublikowanych prac zauważyliśmy potrzebę bardziej wyczerpujących szczegółów dla każdego z opisanych kroków. Uznając znaczenie szczegółowych protokołów syntezy, opisujemy tutaj podejście zastosowane do syntezy i scharakteryzowania jednego z najbardziej wydajnych polikrystalicznych SnSe typu p. W szczególności opisujemy syntezę cząstek SnSe w wodzie, a następnie obróbkę powierzchni kompleksami molekularnymi CdSe, w wyniku której po konsolidacji powstają nanokompozyty CdSe-SnSe. Co więcej, obróbka powierzchniowa hamuje wzrost ziarna poprzez przypinanie nanocząstek CdSe fazy wtórnej metodą Zennera i zwiększa powstawanie defektów w różnych skalach długości. Zwiększona złożoność mikrostruktury nanokompozytowej CdSe-SnSe w stosunku do SnSe sprzyja rozpraszaniu fononów, a tym samym znacznie zmniejsza przewodność cieplną. Taka inżynieria powierzchni stwarza możliwości w przetwarzaniu roztworów w zakresie wprowadzania i kontrolowania defektów, umożliwiając optymalizację właściwości transportowych i osiągnięcie wysokiej wartości termoelektrycznej.

Wprowadzenie

Materiały termoelektryczne (TE), które przekształcają ciepło w elektryczność i vice versa, mogą odgrywać ważną rolę w zrównoważonym zarządzaniu energią1. Jednak niska wydajność konwersji w połączeniu ze stosunkowo wysokimi kosztami produkcji tych materiałów ograniczyła ich szerokie zastosowanie do użytku przemysłowego i domowego. Aby sprostać obecnym wyzwaniom, konieczne jest wdrożenie opłacalnych metod syntezy oraz stosowanie obfitych i nietoksycznych materiałów o znacznie zwiększonej wydajności.

Termoelektryczna figura zasługi zT= S2σT/κ, gdzie S to współczynnik Seebecka, σ przewodność elektryczna, T to temperatura bezwzględna, a κ to przewodność cieplna, określa efektywność tych materiałów. Ze względu na silne sprzężenie tych właściwości, maksymalizacja zT jest wyzwaniem. Często wiąże się to z dostrojeniem struktury pasma elektronicznego i defektów mikrostrukturalnych w celu kontrolowania mechanizmów rozpraszania ładunków i fononów2,3,4,5.

W ostatniej dekadzie, selenek cyny (SnSe) był badany jako nietoksyczny materiał termoelektryczny ze względu na jego wyjątkową wydajność w formie monokrystalicznej (zT: p-type ~2.6, n-type ~2.8)6,7. Jednak monokryształy są drogie w produkcji, co ogranicza ich zastosowanie do urządzeń. Alternatywnie, polikrystaliczny SnSe jest tańszy w produkcji i bardziej stabilny mechanicznie. Problem polega na tym, że osiągnięcie wysokiej wydajności stwarza trudności ze względu na częściową utratę anizotropii, zmniejszającą się przewodność elektryczną, większą łatwość utleniania i nieprecyzyjną kontrolę poziomu domieszkowania8,9,10.

Polikrystaliczne nieorganiczne materiały TE są zazwyczaj przetwarzane w dwóch etapach: przygotowanie półprzewodnika w postaci proszku, a następnie konsolidacja proszku w gęstą granulkę. Proszki mogą być wytwarzane w procesie reakcji wysokotemperaturowych i mielenia lub bezpośrednio przez mielenie kulowe11,12,13,14,15,16. Alternatywnie, proszki mogą być syntetyzowane za pomocą metod roztworowych (np. synteza hydrotermalna, solwotermalna, wodna), wymagające mniej wymagających warunków (tj. niższa czystość odczynników, niższe temperatury i krótsze czasy reakcji)17,18,19,20,21.

Ten artykuł opisuje metodę wytwarzania gęstych nanokompozytów SnSe z modyfikowanych powierzchniowo cząstek SnSe, które są syntetyzowane w wodzie. Proces rozpoczyna się od wodnej syntezy cząstek SnSe, w której do rozpuszczania odpowiednio odczynników Se i Sn stosuje się środki redukujące i zasady. Po połączeniu roztworów cząsteczki SnSe natychmiast zaczynają się wytrącać. Po oczyszczeniu cząstki SnSe są następnie funkcjonalizowane kompleksami molekularnymi CdSe. Podczas procesu wyżarzania kompleksy molekularne ulegają rozkładowi; tworzące nanocząstki CdSe19. Obecność nanocząstek CdSe hamuje wzrost ziarna i sprzyja powstawaniu wielu defektów w różnych skalach długości. Te źródła rozpraszania skutkują niską przewodnością cieplną i wysoką wartością termoelektryczną zasług22.

Protokół

figure-protocol-1
Rysunek 1: Etapy produkcji pelletów CdSe-SnSe podzielone na trzy kroki: 1) synteza cząsteczek SnSe, 2) funkcjonalizacja powierzchni cząsteczek za pomocą CdSe oraz 3) obróbka termiczna w celu uzyskania gęstych pelletów CdSe-SnSe. Skrót: MFA = N-metyloformamid. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

1. Synteza wodna cząstek SnSe

UWAGA: Cząstki SnSe otrzymuje się w reakcji współstrącania poprzez mieszanie wcześniej przygotowanych prekursorów Sn i Se. Po utworzeniu cząstek konieczny jest etap oczyszczania w celu oddzielenia ich od produktów ubocznych reakcji i zanieczyszczeń.

  1. Przygotowanie prekursora Se
    1. Do dwuszyjnej kolby okrągłodennej o pojemności 500 ml (jedna szyja szeroka, druga wąska) wyposażonej w mieszadło magnetyczne, należy wlać za pomocą cylindra miarowego 400 ml wody dejonizowanej i rozpocząć mieszanie. Odważyć 6,05 g (160 mmol) proszku borowodorku sodu (99% NaBH4) do łódki wagowej, a następnie przenieść do kolby okrągłodennej przez jej szeroki wlot. Odczekać do całkowitego rozpuszczenia, o czym świadczy zmiana roztworu w przejrzysty.
    2. Odważ 6,32 g (80 mmol) proszku selenu (≥99,5% Se) na papierze do ważenia. Zatrzymaj mieszanie roztworu borowodorku i powoli dodaj Se przez szeroką szyjkę kolby.
      UWAGA: Ponieważ podczas rozpuszczania wydziela się gazowy wodór, następuje gwałtowne pienienie (OSTRZEŻENIE: Wodór jest gazem łatwopalnym).
    3. Po ustąpieniu pienienia nałożyć gumowy septum na wąską szyjkę kolby okrągłogrzalkowej. Za pomocą długiej rurki z łącznikiem podłączyć kolbę do linii Schlecka przez szeroką szyjkę kolby w strumieniu argonu, a następnie ponownie włączyć mieszanie.
      UWAGA: Wszystkie szlifowane połączenia szklane należy nasmarować przed podłączeniem do linii Schlenka, aby zapobiec ich zablokowaniu. W czasie przepływu argonu (~20 min) roztwór staje się przezroczysty, co wskazuje na rozpuszczenie Se.
  2. Przygotowanie prekursora Sn
    1. Do trójszyjnej kolby okrągłodennej o pojemności 1000 mL (z jedną szeroką szyjką w centrum i dwiema wąskimi szyjkami) wyposażonej w mieszadło magnetyczne, wlej za pomocą cylindra mierniczego 360 mL wody dejonizowanej przez szeroką szyjkę kolby. Umieść kolbę w płaszczu grzejnym, a następnie płaszcz na mieszadle magnetycznym. Przez jedną z bocznych szyjek kolby wprowadź adapter z termoparą. Do szerokiej szyjki podłącz chłodnicę połączoną z linią Schlenka, pozostałą szyjkę kolby zamknij korkiem gumowym i rozpocznij mieszanie w przepływie argonu.
    2. Zdejmij gumowy septym, dodaj 30,06 g (750 mmol) granulek wodorotlenku sodu (≥98% NaOH) i ponownie załóż septym. Odczekaj do momentu, aż roztwór stanie się przejrzysty po całkowitym rozpuszczeniu substancji (~5 min).
    3. Ponownie usuń septu, dodaj 16,25 g (72 mmol) sproszkowanego dwuwodnika chlorku cynku(II) (98% SnCl2·2H2O), a następnie założyć z powrotem septum. Należy odczekać, aż po rozpuszczeniu roztwór stanie się przezroczysty o żółtawym odcieniu.
  3. Mieszanie roztworów; formowanie cząstek SnSe
    1. Ustaw roztwór Sn na poziomie 101 °Cpo osiągnięciu tej temperatury należy usunąć septum i zamocować rozdzielacz. Przez 5 min przepłukiwać rozdzielacz argonem. Usunąć gumowe septum z kolby zawierającej roztwór Se i przenieść roztwór Se za pomocą rozdzielacza do roztworu Sn (przepływ 11 ml/s).
      UWAGA: Roztwór natychmiast zmieni kolor na czarny, co wskazuje na powstanie SnSe. (Objętość całkowita wyniesie 760 ml)
    2. Po dodaniu całego roztworu Se, zastąp lejek gumowym septem i poczekaj, aż mieszanina ponownie osiągnie ustaloną temperaturę (~101.0 °C), a następnie kontynuować mieszanie przez kolejne 2 h. Wyłączyć ogrzewanie, zdjąć płaszcz grzejny i, pozostawiając podłączoną termoparę, umieścić kolbę okrągłodenno w łaźni wodnej podczas mieszania.
  4. Oczyszczanie cząsteczek
    1. Po ochłodzeniu mieszaniny do temperatury ok.35 °Codłącz kolbę okrągłodenną od linii Schlecka i umieść ją na statywie do kolb okrągłodennych. Pozostaw cząstki do osadzenia się przez 5 min, a następnie ostrożnie odlej około 600 ml nadsączu. Podziel pozostały roztwór surowy do czterech probówek wirówkowych, po około 40 ml na probówkę. Wirować roztwór surowy przy prędkości 4950 × g przez 1 min; jest to płukanie nr 0; odrzucić nadsącz.
      UWAGA: Nadlewka jest początkowo żółta, lecz w kontakcie z tlenem zmienia kolor na czerwony.
    2. Do każdej probówki z osadzone cząstkami dodać 40 ml wody dejonizowanej i mieszać mieszaninę na wirówce typu vortex przez 1 min. Poddać mieszaninę sonikacji przez 5 min w kąpieli ultradźwiękowej, a następnie ponownie mieszać na vortexie przez 1 min przed wirowaniem (9 935 × g przez 1 min). Odrzuć jasnożółty nadsącz; jest to pierwsze przemycie).
    3. Powtórz krok 1.4.2, ale zamiast wody użyj etanolu jako rozpuszczalnika; jest to przemywanie nr 2, 9,935 × g przez 2 min). Oczyszczać dodatkowo 4 razy zgodnie z krokiem 1.4.2, naprzemiennie stosując wodę (płukania nr 3, 11, 639 × g przez 2 min i #5, 11 639 × g przez 3 min) oraz etanol (płukania nr 4, 11, 639 × g przez 2 min oraz #6, 12 410 × g przez 5 min).
      UWAGA: Przy każdym płukaniu supernatant staje się klarowny podczas drugiego etapu, jednak następnie ciemnieje i mętnieje wskutek utraty cząsteczek.
    4. Po szóstym etapie oczyszczania umieścić probówki w eksykatorze pod próżnią (>10 mbar) przez co najmniej 12 h w celu osuszenia proszku. Przenieść probówki z cząsteczkami SnSe do N2-wypełnionym gloveboxie i użyć agatowego moździerza z tłuczkiem, aby uzyskać drobny proszek. W jednej fiolce o pojemności 20 mL odważyć 4,00 g otrzymanego proszku do dalszego wykorzystania w kroku 3.1. Pozostały proszek przechowywać w drugiej fiolce o pojemności 20 mL wewnątrz gloveboxa.
      ​UWAGA: Postępowanie zgodnie z tą instrukcją powinno pozwolić na uzyskanie około 14 g materiału.
    5. Odwież 20 mg proszku do charakterystyki metodą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) oraz skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) (nazwa próbki: SnSe-przed wyżarzaniem).

2. Obróbka powierzchni SnSe za pomocą kompleksów molekularnych CdSe

  1. Przygotowanie kompleksów molekularnych CdSe
    1. W komorze glovebox odważyć 513,6 mg (4 mmol) tlenku kadru(II) (≥99,98% CdO) oraz 316 mg (4 mmol) proszku selenu i umieścić oba proszki w 4-mililitrowej fiolce scyntylacyjnej z mieszadełkiem magnetycznym. Dodać 8 mL etylenodiaminy (99% C2H8N2) oraz 0,8 mL 1,2-etanoditiolu (>95%, C2H6S2), zamknąć fiolkę i mieszać, aż mieszanina stanie się półprzezroczysta i rdzawobrązowa, co wskazuje na powstanie kompleksów CdSe po całkowitym rozpuszczeniu CdO i Se (~20 min), jak pokazano na Rysunku 1.
      UWAGA: Podczas pracy z rozpuszczalnikami w komorze glovebox należy wyłączyć dmuchawę i przepłukać system. Pozwala to chronić system oczyszczania. OSTROŻNIE: Tiole mogą skracać żywotność katalizatora.
  2. Obróbka powierzchniowa cząstek SnSe
    1. Nadal w komorze glovebox, w 20-mililitrowej fiolce scyntylacyjnej z mieszadełkiem magnetycznym, dodać 10 mL bezwodnego N-metyloformamidu (destylowanego próżniowo, MFA) oraz 1,32 mL (0,6 mmol) kompleksów molekularnych CdSe przygotowanych w kroku 2.1.1. Dodać tę mieszaninę CdSe-MFA do 4,00 g proszku SnSe z kroku 1.4.4, zamknąć fiolkę i mieszać w temperaturze pokojowej przez 48 h.
      UWAGA: Po tym czasie nadfiltr zmienia kolor z rdzawobrązowego na żółty, co wskazuje na adsorpcję kompleksów CdSe na powierzchni cząstek SnSe.
  3. Oczyszczanie cząstek SnSe poddanych obróbce powierzchniowej CdSe
    1. W komorze glovebox przenieść mieszaninę CdSe-SnSe do probówki wirówkowej i dodać 40 mL bezwodnego etanolu (extra dry). Mieszać mieszaninę na wortexie przez 1 min, odwirować (12298 × g przez 1 min) i odlać żółty nadfiltr.
    2. Dodać 40 mL bezwodnego etanolu do probówki z cząstkami, mieszać na wortexie przez 1 min i odwirować (12 298 × g przez 1 min). Odlać bezbarwny nadfiltr.
    3. Wyjąć probówkę z proszkiem z komory glovebox i suszyć cząstki w próżni przez minimum 12 h w eksyكاته (>10 mbar). Przenieść probówkę z cząstkami po obróbce powierzchniowej z powrotem do komory glovebox i za pomocą agatowej moździerza i tłuczka uzyskać drobny proszek. Przechowywać otrzymany proszek w 20-mililitrowej fiolce w komorze glovebox do dalszego użytku.
      ​UWAGA: Postępowanie zgodnie z tą instrukcją pozwoli na otrzymanie ~4,00 g materiału.
    4. Odważyć 20 mg proszku do charakterystyki XRD i SEM (nazwa próbki: CdSe-SnSe-Before Annealing).

3. Obróbka termiczna i konsolidacja

UWAGA: Aby ocenić wpływ obróbki powierzchniowej, przygotowano próbki z kompleksami CdSe oraz bez nich. Proszki SnSe bez obróbki powierzchniowej to te otrzymane po kroku 1.1.3; proszki CdSe-SnSe to te otrzymane po kroku 2.3. W obu przypadkach, w celu wytworzenia cylindrów o wymiarach 8,16 mm x 12 mm, stosuje się około 4,00 g SnSe oraz 4,00 g cząstek CdSe-SnSe. Oba rodzaje próbek, od postaci proszku do gęstych peletów, poddawane są tym samym procesom opisanym w następnych sekcjach.

  1. Wyżarzanie w piecu rurowym
    1. Wyjąć proszek poddany obróbce powierzchniowej z komory rękawicowej.
    2. Otwórz zawór wlotowy i wylotowy gazu, aby dopuścić gaz formujący (95% N2 + 5% H2, (0,3 l/min) przez 5 min przez kwarcową rurkę pieca rurowego. Otworzyć jeden koniec rurki, zdjąć zakrętkę z fiolki i wprowadzić fiolkę do środka rurki kwarcowej tak, aby otwór fiolki był skierowany zgodnie z kierunkiem przepływu gazu. Uszczelnić rurkę i pozwolić na przepływ gazu formującego przez kolejne 10 min.
    3. Ustaw profil temperatury pieca w celu ogrzania do 500 °C przy szybkości grzania wynoszącej 10 °C/min i utrzymuj tę temperaturę przez 1 h przed naturalnym ochłodzeniem do temperatury pokojowej (~40 min). Uruchom program. Wyjmij proszek z pieca w temperaturze pokojowej i przenieś go do komory glovebox. Użyj moździerza i tłuczka agatowego, aby uzyskać drobny proszek. Odwież 20 mg proszku do analizy XRD i SEM (nazwy próbek: SnSe-po wyżarzaniu i CdSe-SnSe-Po wyżarzaniu)
      UWAGA: Powyżej 350 °Cwewnątrz kwarcowej rurki pieca pojawi się czerwony osad, powstający w wyniku odparowania Se i jego kondensacji na chłodniejszych końcach rurki.
  2. Konsolidacja metodą spiekania iskrowego (SPS), cięcie i polerowanie
    1. Załadunek matrycy
      UWAGA: Patrz Tabela uzupełniająca S1 charakterystyka matrycy: wysokość: 60 mm, średnica wewnętrzna: 8,6 mm, średnica zewnętrzna: 30 mm, trzpień (x 2): 30 mm x 8 mm.
      1. Wytnij z arkusza grafitowego (grubość 0,254 mm) fragment o wymiarach 26 mm x 60 mm. Zwiń arkusz grafitowy i wyłóż nim wnętrze matrycy. Wytnij z arkusza grafitowego cztery krążki (Φ =8 mm).
      2. Wprowadź jeden trzpień do połowy wysokości matrycy, umieść dwa dyski grafitowe tak, aby przylegały płasko do góry trzpienia, a następnie dociśnij je, wkładając pozostały trzpień i kompresując oba trzpienie razem. Wyjmij ostatnio włożony trzpień i wprowadź częściowo przygotowaną matrycę (pozostały trzpień oraz dwa dyski grafitowe) do komory rękawicowej.
      3. Przenieś proszek do matrycy za pomocą papierka do ważenia i dociśnij go drugim tłokiem, aby zagęścić proszek i utworzyć płaską powierzchnię. Wyjmij ostatnio włożony tłok, umieść dwa pozostałe krążki grafitowe na wierzchu proszku, a następnie włóż pozostały tłok (Rycina 2A). Wyjmij matrycę z komory glovebox i sprasuj proszek za pomocą prasy na zimno (~0,3 kN), aż całkowita wysokość gotowej matrycy wyniesie ~83 mm.
        UWAGA: Ten krok jest wymagany w celu dopasowania matrycy do SPS (Rycina 2B).
      4. Otwórz urządzenie SPS i umieść przygotowaną matrycę w centrum stołu. Obniż górną elektrodę, aby unieruchomić matrycę, a następnie włóż termoparę (patrz Rysunek uzupełniający S1 (po szczegóły). Zamknij komorę, ustaw górną elektrodę Sterowanie osią Z przenieść ciągle w dółi zastosuj próżnię.
      5. Po osiągnięciu przez manometr wartości minimalnej należy włączyć manometr Piraniego i odczekać 10 min. Wybrać warunki prasowania z tabeli automatycznych wzorców, stosując nacisk osiowy z 47 MPa w 500 °C dla 5 min (szybkość: 100 °C/min). Ustaw temperatura i układy sterowania ciśnieniem systemu SPS do auto.
      6. Należy sprawdzić, czy termopara jest nadal włożona do formy, a próżnia jest <5 Pa, the ciśnienie i kontrole temperatury zostały ustawione na automatyczny, oraz sterowanie górną elektrodą został ustawiony na ciągłe obniżanieW oprogramowaniu rejestratora fal rozpocząć pomiar, śledzić ciśnienie oraz oś Z, a następnie nacisnąć spiekanie WŁ. aby rozpocząć konsolidację.
        UWAGA: Należy monitorować zmiany parametrów, aby upewnić się, że podczas nagrzewania nie występują wahania natężenia prądu, napięcia, pozycji osi Z ani ciśnienia.
      7. Po ostygnięciu matrycy do temperatury pokojowej wyłączyć pompę próżniową oraz manometr Piranie, ustawić temperatura i ciśnienie Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia. sterowanie ręcznei oś Z do krok zatrzymującyOdpowietrz i otwórz komorę. Wyjmij termoparę z wkładu i podnieś elektrodę, aby wyjąć matrycę.
    2. Cięcie i polerowanie
      1. Usuń gęsty cylinder z matrycy, dociskając górny trzpień za pomocą prasy na zimno, a następnie oddziel cylinder od obu trzpieni za pomocą odłamywanego ostrza.
      2. Za pomocą piły elektrycznej i niezbędnych adapterów (patrz Rysunek dodatkowy S2 (w celu określenia specyfikacji adaptera), wyciąć z konsolidowanego walca próbkę w formie pastylki oraz pręta. Usunąć wyściółkę grafitową za pomocą odłamywanego ostrza. Wyszlifować próbki równomiernie i gładko za pomocą papieru ściernego (pastylka: grubość 1,3 mm, średnica 8 mm; pręt: grubość 1,3 mm, wysokość 7 mm, szerokość 6,5 mm). Za pomocą suwmiarki upewnić się, że wymiary materiału zostały zachowane w sposób spójny w całej objętości próbek. Przechowywać pręt i pastylkę w fiolce scyntylacyjnej o pojemności 4 ml (nazwy próbek: Prętek i dysk SnSe i pręt i dysk CdSe-SnSe)
  3. Wyżarzanie następcze w gazie formującym
    1. Umieść fiolkę z krążkiem i prętem w rurce kwarcowej pieca, tak aby otwór fiolki był skierowany zgodnie z kierunkiem przepływu gazu. Pozostaw gaz formujący w przepływie przez 10 min, a następnie zamknij zawór wylotowy i wlotowy, aby uszczelnić układ.
    2. Ustaw profil temperatury pieca w celu nagrzania do 500 °C przy szybkości grzania wynoszącej 10 °C/min i utrzymywać w tej temperaturze przez 1 hpozwalając na naturalne schłodzenie do temperatury pokojowej (~40 min). Uruchom program.
    3. Po osiągnięciu temperatury pokojowej otwórz dopływ gazu, następnie zawór wlotowy, a na koniec zawór wylotowy. Pozostaw gaz w przepływie przez 5 min przed otwarciem rurki. Następnie otwórz rurkę, wyjmij fiolkę i zatrzymaj przepływ gazu.
  4. Pomiary XRD
    1. Przygotowanie próbek proszkowych do XRD
      1. Należy odważyć 15 mg proszków wyizolowanych do pomiarów XRD (próbki: SnSe-przed wyżarzaniem, CdSe-SnSe-przed wyżarzaniem, SnSe-po wyżarzaniu, i CdSe-SnSe-po wyżarzaniu) do probówek, do każdej z nich należy dodać 0,1–0,2 ml etanolu, a następnie poddać sonikacji przez 30 s w celu zdyspergowania proszku w etanolu.
      2. Za pomocą pipety Pasteura przenieść każdy proszek na uchwyt do próbek krzemowych o niskim tle, równomiernie pokrywając cały uchwyt, i pozostawić do wyschnięcia.
    2. Przygotowanie próbek objętościowych do XRD
      1. Nanieś niewielką ilość plasteliny, formując ją w kształt stożka, w centrum uchwytu do próbek.
      2. Umieść pelet/prętkę (próbki: Pręcik i dysk SnSe i Prętek i dysk CdSe-SnSe) na glinę i za pomocą szkiełka przedmiotowego dociśnij próbkę, aż zostanie wyrównana z krawędzią uchwytu.
        UWAGA: Zapewnia to umieszczenie próbki (pelletu) na odpowiedniej wysokości oraz gwarantuje prawidłowy pomiar kątów dyfrakcji względem wiązki padającej.
    3. Pomiar XRD proszków i tabletek
      1. Odmierz wszystkie proszki i granulaty za pomocą program eksperymentu (20-80°, rozdzielczość: 0.02°, szybkość skanowania: 1°/min).
  5. Charakterystyka SEM
    1. Na podstawce do SEM naklej pasek taśmy węglowej i usuń folię ochronną.
      1. W przypadku proszków, używając końcówki szpatułki, nanieś ok. 1 mg próbki (tzn. przed wyżarzaniem lub po wyżarzaniu) na taśmę węglową.
      2. W przypadku granulek/prętek, odciąć za pomocą odłamujnego ostrza niewielki fragment próbki i umieścić go na nowej taśmie węglowej na stubie. Należy upewnić się, że górą skierowana jest część wewnętrzna próbki, a nie jej powierzchnia.
    2. Wykonaj obrazowanie próbek przy powiększeniach x1K, x5K, x10K i x20K.
      UWAGA: Zawsze należy obrazować świeżo wycięte fragmenty próbek w celu zapewnienia dokładnej reprezentacji, ponieważ może dojść do utleniania.
  6. współczynnik Seebecka (S) i przewodnictwo (σpomiary w analizatorze LSR
    UWAGA: Pomiary zależne od temperatury są przeprowadzane w celu wyznaczenia współczynnika Seebecka oraz rezystywności przy zachowaniu zadanej temperatury. Ponieważ SnSe jest związkiem warstwowym, a próbka polikrystaliczna wykazuje pewien stopień tekstury, co potwierdzają dane XRD, wszystkie pastylki są mierzone w kierunku równoległym i prostopadłym do osi prasowania. W tekście głównym przedstawiono jednak wyłącznie wyniki dla kierunku równoległego, ponieważ w tym kierunku odnotowano najwyższą sprawność.
    1. Nakładanie próbki
      1. Zmierz wymiary próbki (w przypadku pręta: grubość i szerokość). W oprogramowaniu pomiarowym, w karcie akwizycji danych DAQ (akwizycja danych), wprowadź te wymiary próbki i wybierz kształt próbki, nazwa pliku pomiarowego i ścieżka, i opis próbki.
      2. Zamocuj próbkę pomiędzy elektrodami, umieszczając papier grafitowy (Φ = 0,13 mm) między prętem a elektrodami i obróć pokrętło, aż pręt zostanie unieruchomiony. Umieść termopary (sondy) w kontakcie z próbką. Użyj małego paska papieru grafitowego (Φ = 0,13 mm), aby oddzielić pręt od bezpośredniego kontaktu z sondami (patrz Rycina 3). Regulować do momentu, aż sondy dotkną pręta, a następnie obrócić pokrętło o pół obrotu, aby zapewnić prawidłowy kontakt termiczny.
        UWAGA: Zastosowanie zbyt dużej siły podczas regulacji pokrętła doprowadzi do pęknięcia próbki lub jej wygięcia podczas cyklu nagrzewania (odkształcenie plastyczne). Jeśli termopary nie zostaną wystarczająco dociśnięte, współczynnik Seebecka zostanie zawyżony (Rycina 3).
      3. Sprawdź kontakty w oprogramowaniu z Opcje/Kontakty testowePrzy użyciu kamery i powiązanego oprogramowania zmierz odległość między sondami, a następnie wprowadź odległość do oprogramowania w sekcji DAQ (akwizycja danych).
        UWAGA: Dla aktualnych wymiarów próbki, ponieważ a maksymalna odległość sondy z 4 mm po ustawieniu, maksymalna zarejestrowana odległość nie powinna przekraczać tej wartości.
      4. Ostrożnie umieść susceptor z Inconelu (metalową pokrywę) nad próbką i włóż termoparę. Zamknij piec i wytwórz próżnię przez 10 min. Ponownie napełnij komorę helem, a następnie raz jeszcze wytwórz próżnię. Powtórz tę czynność 3–4 razy, aby upewnić się, że w układzie nie pozostało powietrze. Na koniec ponownie napełnij komorę helem do ciśnienia manometrycznego ok. +0,5 bar.
        UWAGA: Susceptor pochłania promieniowanie podczerwone pieca, nagrzewając próbkę do wymaganej temperatury i zapobiegając zanieczyszczeniu wnętrza urządzenia.
    2. Pomiar rezystancji i współczynnika Seebecka
      1. Przeprowadź kolejny test płatkowy aby zapewnić dobry kontakt sond i elektrod z próbką oraz uniknąć przesunięcia podczas etapów płukania.
      2. Przeprowadzić test sondy (krzywa I-V), aby wybrać najwyższy prąd pomiarowy, przy którym próbki wykazują zachowanie omowe (20 mA).
      3. Ustawić profil temperatury w oprogramowaniu: cykl nagrzewania, 30 °C Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia. 500 °C oraz szybkość chłodzenia, 500 °C Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia. 30 °C w 20 °C/min pomiar każdy 20 °CPrzeprowadź pomiary dla trzech pełnych cykli ogrzewania i chłodzenia.
  7. Pomiar dyfuzyjności cieplnej (α) w LFA
    1. Przygotowanie próbek zbiorczych
      1. Wypoleruj próbki (SnSe i CdSe-SnSe krążki) do grubości ok. 1 mm. (krążek: Φ =7,99 mm). Obie strony obu próbek pokryć sprayem grafitowym, który tworzy gładką, nierefleksyjną powierzchnię, zapewniając, że padająca wiązka lasera nie zostanie odbita i zostanie efektywnie przeniesiona na próbkę. Umieścić próbkę w uchwycie na próbki grafitowe (Rycina 4). Otwórz analizator, umieść uchwyt na próbkę w magazynie i zamknij go.
      2. Napełnij zbiornik z ciekłym azotem, aby schłodzić detektor. Najpierw wlej niewielką objętość, odczekaj do czasu ustabilizowania się poziomu, a następnie dopełnij resztę. W komorze analizatora wytwórz próżnię, aby uniknąć przekazywania ciepła poprzez konwekcję, co prowadzi do zawyżenia wartości dyfuzyjności cieplnej.
        UWAGA: Należy powoli wlewać ciekły azot.
      3. Przedstawiamy nazwa próbki i grubość w oprogramowaniu ustawienia i ustaw profil temperatury od 30 °C Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia. 500 °C w 50 °C/minpomiar każdy 50 °C i włączyć laserPrzeprowadzić wielokrotne (>3) pomiary (impuls lasera) aby upewnić się, że napięcie lasera, otwór przysłony, wzmacniacz oraz czas akwizycji detektora są odpowiednio ustawione, co objawia się wysoką jakością dopasowania do >98%. Rozpocząć automatyczny pomiary
      4. Po zakończeniu pomiarów wyłączyć laser, odczekać do ostygnięcia komory do temperatury pokojowej, odpowietrzyć komorę i wyjąć próbkę. Obliczyć przewodność cieplną, korzystając z równania (1), gdzie Cp jest obliczoną ciepłem właściwym (Cp) z wykorzystaniem wartości Dulonga-Petita oraz ρ czy gęstość próbki jest mierzona w instrukcji J.
        figure-protocol-2     (1)
  8. Pomiar gęstości (metoda Archimedesa)
    UWAGA: Pomiary gęstości wykonuje się po zakończeniu pomiarów transportu.
    1. Oczyścić pellet etanolem w celu usunięcia powłoki grafitowej użytej do pomiarów dyfuzyjności cieplnej, a następnie go wypolerować. Złożyć aparat do pomiaru gęstości (patrz Rycina dodatkowa S3), upewniając się, że w wodzie nie ma pęcherzyków powietrza, a następnie tarując wagę. Zmierzyć temperaturę wody.
    2. Umieść próbkę na ciężarku i odczytaj masę w powietrzu (mpowietrze).
    3. Umieść próbkę w wodzie na podstawie obciążnika, aby zapisać jej ciężar w wodzie (mwoda).
    4. Powtórz kroki 3.8.2 i 3.8.3 pięciokrotnie, aby wyznaczyć średnią gęstość. Korzystając z równania (2), oblicz gęstość materiału.
      figure-protocol-3     (2)

figure-protocol-4
Rysunek 2: Ilustracje przygotowania matrycy do konsolidacji. (A) Montaż grafitowej matrycy z proszkiem. (B) Po sprasowaniu proszku za pomocą prasy na zimno proszek jest zagęszczony, a całkowita wysokość matrycy zostaje zmniejszona, aby zmieścić się między elektrodami. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

figure-protocol-5
Rysunek 3: Układ pomiarowy przewodnictwa elektrycznego i współczynnika Seebecka. Zarówno dla (A) realistycznego widoku pręta umieszczonego w urządzeniu, jak i (B) widoku schematycznego; 1) elektroda, 2) próbka, 3) elektroda z grzałką gradientową oraz 4) termopary/sondy. Pomiędzy próbką a elektrodami i termoparami znajdują się cienkie kawałki grafitu, które wspomagają ochronę urządzenia. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

figure-protocol-6
Rysunek 4: Układ pomiarowy dyfuzyjności cieplnej. (A) Widok ogólny analizatora, (B) powiększony widok zautomatyzowanego magazynu z umieszczoną wewnątrz próbką oraz (C) schematyczny rysunek próbki załadowanej do uchwytu na próbki. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Wyniki

Wytwarzanie cząsteczek SnSe opiera się na całkowitym rozpuszczeniu prekursorów w ich stosunkach stechiometrycznych. Kluczowym etapem protokołu jest redukcja Se za pomocą NaBH4 w warunkach obojętnych. Nawet niewielka ekspozycja na powietrze powoduje zmianę barwy prekursora Se z bezbarwnej na czerwoną (powstawanie poliselenidków), co przedstawiono na ryc. 5.

Po syntezie SnSe cząstki poddaje się procedurze oczyszczania. Pierwszy nadsącz w procesie oczyszczania ma kolor żółty, lecz pod wpływem tlenu zmienia on barwę na pomarańczową. Jest to wynik obecności nieprzereagowanego Se, ponieważ prekursor został dodany w nadmiarze. Ponadto następuje utrata małych cząstek, co pokazano na Rysunku 6 (kroki od #3 w górę). Przy wysokiej sile jonowej ładunek powierzchniowy cząstek jest skutecznie ekranowany, co pozwala im zbliżyć się do siebie bez doświadczania odpychania. Z każdym etapem przemywania siła jonowa maleje, a powierzchnia cząstek przestaje być ekranowana; w konsekwencji cząstki odpychają się, pozostają koloidalnie stabilne i zostają utracone podczas procedury oczyszczania.

Synteza SnSe pozwala na uzyskanie ok. 14 g czystofazowego SnSe w jednej partii, co potwierdzono za pomocą XRD (Rysunek 7A). Cząstki są polidyspersyjne pod względem kształtu, a ich rozmiar mieści się w zakresie od 50 nm do 200 nm (Rysunek 7B). Po wyżarzaniu średnia wielkość cząstek wzrasta do 680 nm. Zagęszczanie przy użyciu SPS sprzyja również wzrostowi ziaren, a otrzymane pastylki mają gęstość względną >90%. Na podstawie obrazów SEM przeprowadzono porównanie wielkości ziaren pomiędzy niepoddanym obróbce SnSe a nanokompozytem SnSe-CdSe (Rysunek 7B i Rysunek 7C, odpowiednio). Obróbka powierzchniowa prowadzi do powstania ziaren, które są znacznie mniejsze w porównaniu do niepoddanego obróbce SnSe.

Wycięte i wypolerowane próbki poddaje się następnie wyżarzaniu wtórnemu w celu zapewnienia stabilności. Wartości σ, S oraz α są mierzone odpowiednio przy użyciu układów przedstawionych na Rysunku 3 oraz Rysunku 4. Na podstawie pomiarów oblicza się wartości κ i zT, a słupki błędów są wyliczane z uwzględnieniem propagacji niepewności z każdego pomiaru (Rysunek 8).

figure-results-1
Rysunek 5: Zmiany w czasie prekursora Se po wystawieniu na działanie powietrza. (A) Natychmiastowe wystawienie na działanie powietrza skutkuje uzyskaniem żółtego roztworu. (B) Po 2 min roztwór zaczyna zmieniać barwę na czerwoną, a (C) w ciągu 3 min roztwór staje się czerwonawy w wyniku utleniania Se. Aby wyświetlić większą wersję tego rysunku, kliknij tutaj.

figure-results-2
Rysunek 6: Nadosady po każdym etapie płukania podczas oczyszczania SnSe. Kolory siedmiu nadosadów z różnych etapów płukania. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

figure-results-3
Rysunek 7: Analiza strukturalna i morfologiczna cząstek oraz spieku SnSe i CdSe-SnSe. (A) Analiza XRD i obrazy SEM (B) cząstek SnSe oraz (C) CdSe-SnSe otrzymanych w drodze syntezy w roztworze, proszku po wyżarzaniu oraz skonsolidowanego spieku. Paski skali = 1 µm. Rysunek zmodyfikowany na podstawie pracy Liu i wsp.22. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

figure-results-4
Rysunek 8: Właściwości termoelektryczne czystego SnSe oraz CdSe-SnSe. (A) Przewodność elektryczna, (B) współczynnik Seebecka, (C) całkowita przewodność cieplna oraz (D) termoelektryczny współczynnik dobroci. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek uzupełniający S1: Charakterystyka i wymiary matrycy. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Rycina uzupełniająca S2: Adaptery użyte do wycinania próbek SnSe z uwzględnieniem kierunków prasowania. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Rycina dodatkowa S3: Układ do pomiaru gęstości próbek SnSe i CdSe-SnSe. Masa pastylki zmierzona w (A>) powietrzu i (B>) wodzie. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Tabela uzupełniająca S1: Charakterystyka i specyfikacja matryc. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dyskusja

Kluczowe etapy
Utlenianie selenu przed zmieszaniem z prekursorem Sn
W niniejszej pracy SnSe jest syntetyzowany poprzez współwytrącanie kompleksów Sn (II) i Se2-. Proces rozpoczynamy od redukcji selenu metalicznego do selenku.

figure-discussion-1

Po zredukowaniu selen (szary) tworzy przezroczysty roztwór. Prekursor selenu po kontakcie z tlenem zmienia kolor na czerwony z powodu powstania poliselenidów. Dlatego ważne jest, aby wszystkie roztwory przez cały czas trwania reakcji znajdowały się w atmosferze argonu.

figure-discussion-2

Po podgrzaniu chlorku cyny i wodorotlenku sodu prekursor cyny również rozpuszcza się, tworząc bezbarwny roztwór.

figure-discussion-3

Po dodaniu nadmiaru selenku (0,9:1; Sn:Se) do prekursora cyny, mieszanina zmienia kolor na czarny, co wskazuje na natychmiastowe powstanie SnSe.

figure-discussion-4

Ponieważ niewielkie ilości odczynnika NaBH4 reagują z wodą, ważne jest zapobieganie utlenianiu Se poprzez dodanie nadmiaru NaBH423,24,25. Mimo że tworzenie się SnSe następuje natychmiastowo, reakcję utrzymuje się w temperaturze ~100 °C przez kolejne 2 h, aby umożliwić wzrost cząstek26,27.

Oczyszczanie
Wysyntetyzowane cząstki poddaje się następnie procedurze oczyszczania, ponieważ znajdują się one w zawiesinie z produktami ubocznymi, takimi jak Na+, Cl-, B(OH)3, B(OH)4-, OH-, nadmiar BH4- i Se2-/HSe- oraz potencjalnymi zanieczyszczeniami. Proces ten jest przeprowadzany w sześciu etapach oczyszczania z naprzemiennym wykorzystaniem wody i etanolu jako rozpuszczalników28,29,30,31,32,33,34,35. Odstępstwa od procedury oczyszczania skutkują otrzymaniem osadów o różnych właściwościach, mimo że charakterystyka strukturalna pozostaje identyczna.

Przygotowanie świeżego roztworu CdSe w tiolach i aminach
Kompleksy molekularne CdSe są stabilne przez ograniczony czas w roztworze tiolowo-aminowym, dlatego należy ich użyć w ciągu 24 h po zakończeniu procesu rozpuszczania22.

Suszenie próżniowe
Suszenie próżniowe tworzy środowisko o obniżonym ciśnieniu, co ułatwia szybkie usuwanie rozpuszczalników z cząstek. Jest to niezbędne, aby zapobiec tworzeniu się pozostałości kieszonek rozpuszczalnika wewnątrz cząstek, co mogłoby negatywnie wpłynąć na proces spiekania oraz końcowe właściwości lub stabilność pelletów.

Wyżarzanie proszków po oczyszczaniu w atmosferze redukcyjnej
Wyżarzanie cząstek jest istotne w celu usunięcia wszelkich występujących lotnych zanieczyszczeń, na przykład tioli, amin oraz nadmiaru Se36,37,38. Ekspozycja cząstek na tlen jest nieunikniona, dlatego wyżarzanie w atmosferze redukcyjnej pomaga w redukcji tlenków, które z natury zwiększają przewodność cieplną materiału39,40,41.

Ocena wydajności w dwóch kierunkach: równoległym i prostopadłym
Z uwagi na anizotropowy charakter SnSe, właściwości transportu elektrycznego i cieplnego różnią się w kierunku prasowania (równoległym) oraz w kierunku nieprasowania (prostopadłym). Dlatego ważne jest przygotowanie cylindrycznych pastylek o wymiarach umożliwiających wycięcie pręta i dysku w celu pomiaru właściwości transportowych w obu kierunkach41.

Przygotowanie próbek do charakterystyki transportowej
Gładka i płaska powierzchnia pastylki jest kluczowa dla dokładnych pomiarów dyfuzyjności. Niedoskonałości powierzchni pastylki mogą prowadzić do strat ciepła i nieprawidłowych wyników. Polerowanie jest niezbędne do uzyskania jednolitej i gładkiej powierzchni. Orientacja traktowanego i nietraktowanego SnSe podczas umieszczania w urządzeniu jest istotna i kluczowa dla poprawnej analizy danych transportowych. Materiały anizotropowe, takie jak SnSe, muszą być mierzone w tym samym kierunku i łączone (σ, S oraz κ) w celu uzyskania dokładnego zT. Odpowiednie styki termiczne między pastylką a sondami są również krytyczne dla dokładnych pomiarów S i ρ.

Ograniczenia
Jednak ze względu na zastosowanie odczynników sodowych, metoda ta jest ograniczona do wytwarzania SnSe typu p, ponieważ jony Na+ adsorbują się na powierzchni cząstek i pełnią rolę domieszki zwiększającej koncentrację nośników oraz σ materiału42.

Znaczenie techniki w odniesieniu do istniejących/alternatywnych metod
Opisano różne techniki oparte na roztworach do otrzymywania polikrystalicznego SnSe, takie jak metody solwotermalne, hydrotermalne oraz metody bezciśnieniowe w wodzie lub glikolu etylenowym18,19. W niniejszej pracy skupiono się na syntezie wodnej bez użycia surfaktantów43, ponieważ jest ona bardziej zrównoważona niż jakiekolwiek inne opisane metody: nie stosuje się rozpuszczalników organicznych ani surfaktantów, a wymaga ona krótkiego czasu reakcji (2 h) i niskich temperatur (~100 °C) w porównaniu z metodami topnienia.

Przyszłe zastosowania lub kierunki rozwoju po opanowaniu tej techniki
Metoda ta jest możliwa do zaadaptowania w syntezie innych chalkogenidów, takich jak SnTe, PbSe i PbTe. Poprzez zmianę środków redukujących i zasad na takie, które nie zawierają sodu, można syntetyzować czyste materiały bez celowego domieszkowania. Obróbka powierzchniowa, taka jak zastosowana tutaj z kompleksami molekularnymi CdSe, pozwala na uzyskanie dodatkowego stopnia elastyczności w przygotowaniu materiału, gdzie w drugim kroku można dodać fazy wtórne w celu kontrolowania mikrostruktury. W opisanym tutaj konkretnym przypadku obecność nanocząstek CdSe nie tylko hamuje wzrost ziaren cząstek CdSe-SnSe w porównaniu do SnSe, ale także obniża przewodnictwo cieplne materiału (odpowiednio Rycina 7 i Rycina 8). Wyjaśnienia opisane przez Liu i wsp. 22 potwierdzają wyniki wynikające z metody określonej w niniejszej pracy.

Oświadczenia

Autorzy nie mają do zadeklarowania konfliktu interesów.

Podziękowania

Jednostki Usług Naukowych (SSU) ISTA wsparły te badania dzięki zasobom dostarczonym przez Zakład Mikroskopii Elektronowej (EMF) i Ośrodek Wsparcia Laboratorium (LSF). Prace te były wspierane finansowo przez Instytut Nauki i Technologii w Austrii oraz Fundację Wernera Siemensa.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Chemicals
1, 2-ethanedithiolThermo Scientific75-08-1Destylowany próżniowo
absolutny etanolHoneywell64-17-5
Aceton (ekstra suchy)Acros67-64-1 
Etanol bezwodnyThermofischer64-17-5
Tlenek kadmuAlfa Aesar1306-23-6
EtylenodiaminaSigma-Aldrich107-15-3
N-metyloformamidSigma-Aldrich123-39-7Destylowany próżniowo, przechowywany na sitach molekularnych
SelenSigma-Aldrich7782-49-2
Borowodorek soduSigma-Aldrich6940-66-2
Wodorotlenek soduSigma-Aldrich1310-73-2
Chlorek cyny dwuwodnyThermo ScientificL0025-69-1
Aparatura/Materiały
Adapter redukcyjnyBartelt9.011 755
Adapter z NS KranBartelt9.012 312
Moździerz i tłuczek agatowyBartelt6204102
Caliper Sartorius5007021150
Taśma węglowa Micro do Nano15-000508
x 4 Sarstedt Ges.m.b.H.62.547.25450 mL
SkraplaczBartelt6.203 028
Naczynia krystalizująceBartelt7.021 089
Folia grafitowaFisher Scientific113269670,254 mm
Cylinder miarowy Mikropipeta Bartelt6.082 194250 mL
 Eppendorf3123000063Research plus 100-1000&mikro; L (GLP)
Rura kwarcowa Hansun Electric Technology Co., Ltd50ODx 44 ID x 650 L, mm do pieca
Kolba okrągłodenna 2-szyjka Bartelt4.008 387500 mL
Kolba okrągłodenna 3-szyjkowa LactanE614.11000 ml
Przegroda gumowa x 3 Bartelt9.230 657
Papier ściernyRS Components OC484-59421 arkusz, ziarnistość 1200
Linia SchlenkChemglassCG-4436-03
Rozdzielacz Bartelt9.203 325250 mL
Mieszadła magnetyczne, owalneBartelt9.197 592
Mieszadła magnetyczne, cylindryczneBartelt9.197 520
Mieszadła magnetyczne, ośmiokątneVWR442-0345
Fiolki do sucylitacji x  4 Sigma-AldrichZ561754-1EA20 mL
Fiolki do szortowania x  1Bartelt9.003 4824 mL
Equipment
AGUS-Pecs Spark Plasma Sintering (SPS)Suga CO., LTD.AGUS-PECSSPS-210Sx
Bruker D8 Zaawansowana dyfrakcja rentgenowska Wirówka Bruker
Wirówka Eppendorf5810
Prasa na zimnoSpecac™  hydraulicznej Atlas 15T
GęstościomierzBartelt6263396
Piła elektryczna Wiceprezes Amazon
FE-SEM Merlin Skontaktuj się zCarlem Zeissem Merlin Compact VP
Płaszcz grzewczy 1000 mL Bartelt9.642 406
Stacjonarny regulator temperaturyCole-ParmerDigi-Sense TC9600
Linseis Laserowy analizator błysku - LFA-1000LinseisLFA-1000
Linseis LSR-3LinseisLSR-3/800
Mieszadło magnetyczne HeidolphMR Hei-Tec
Piec rurowy Hansun Electric Technology Co., LtdKompaktowy piec
< strong>Software
DIFFRAC. COMMANDERBrukerW zestawie z wyposażeniem
Laser Flash Lenseis-AproSoft v.3.01 c.001LenseisW zestawie z wyposażeniem
LaserflashLenseisW zestawie ze sprzętem
Ocena danych LenseisLenseisW zestawie z wyposażeniem
LSR MeasureLenseisW zestawie ze sprzętem
LSRDistanceLenseisW zestawie ze sprzętem
WAVE LOGGERSuga CO., LTD.W komplecie z wyposażeniem
Probówki wirówkowe rurowego DIYRęczna prasy rurowy dzielony

Bibliografia

  1. Alam, H., Ramakrishna, S. A review on the enhancement of figure of merit from bulk to nano-thermoelectric materials. Nano Energy. 2 (2), 190-212 (2013).
  2. Ortega, S., et al. Bottom-up engineering of thermoelectric nanomaterials and devices from solution-processed nanoparticle building blocks. Chemical Society Reviews. 46 (12), 3510-3528 (2017).
  3. Tan, G., Zhao, L. D., Kanatzidis, M. G. Rationally designing high-performance bulk thermoelectric materials. Chemical Reviews. 116 (19), 12123-12149 (2016).
  4. Ibáñez, M., et al. High-performance thermoelectric nanocomposites from nanocrystal building blocks. Nature Communications. 7, 10766(2016).
  5. Liu, Y., Ibáñez, M. Tidying up the mess. Science. 371 (6530), 678-679 (2021).
  6. Zhao, L. D., et al. Ultralow thermal conductivity and high thermoelectric figure of merit in SnSe crystals. Nature. 508 (7496), 373-377 (2014).
  7. Chang, C., et al. 3D charge and 2D phonon transports leading to high out-of-plane ZT in n-type SnSe crystals. Science. 360 (6390), 778-783 (2018).
  8. Lee, Y. K., Luo, Z., Cho, S. P., Kanatzidis, M. G., Chung, I. Surface oxide removal for polycrystalline SnSe reveals near-single-crystal Thermoelectric Performance. Joule. 3 (3), 719-731 (2019).
  9. Lee, Y. K., et al. Enhancing p-type thermoelectric performances of polycrystalline SnSe via tuning phase transition temperature. Journal of the American Chemical Society. 139 (31), 10887-10896 (2017).
  10. Zhou, C., et al. Polycrystalline SnSe with a thermoelectric figure of merit greater than the single crystal. Nature Materials. 20 (10), 1378-1384 (2021).
  11. Caballero-Calero, O., Ares, J. R., Martín-González, M. Environmentally friendly thermoelectric materials: high performance from inorganic components with low toxicity and abundance in the earth. Advanced Sustainable Systems. 5 (11), 2100095(2021).
  12. Guélou, G., Powell, A. V., Vaqueiro, P. Ball milling as an effective route for the preparation of doped bornite: Synthesis, stability and thermoelectric properties. Journal of Materials Chemistry C. 3 (40), 10624-10629 (2015).
  13. Chen, X., et al. Preparation of nano-sized Bi2Te3 thermoelectric material powders by cryogenic grinding. Progress in Natural Science: Materials International. 22 (3), 201-206 (2012).
  14. Zhang, S. N., et al. Effects of ball-milling atmosphere on the thermoelectric properties of TAGS-85 compounds. Journal of Electronic Materials. 38 (7), 1142-1147 (2009).
  15. Bumrungpon, M., et al. Synthesis and thermoelectric properties of bismuth antimony telluride thermoelectric materials fabricated at various ball-milling speeds with yttria-stabilized zirconia ceramic vessel and balls. Ceramics International. 46 (9), 13869-13876 (2020).
  16. Zevalkink, A., et al. A practical field guide to thermoelectrics: Fundamentals, synthesis, and characterization. Applied Physics Reviews. 5 (2), 021303(2018).
  17. Chandra, S., Biswas, K. Realization of high thermoelectric figure of merit in solution synthesized 2D SnSe nanoplates via Ge alloying. Journal of the American Chemical Society. 141 (15), 6141-6145 (2019).
  18. Shi, X., Tao, X., Zou, J., Chen, Z. High-performance thermoelectric SnSe: aqueous synthesis, innovations, and challenges. Advanced Science. 7 (7), 1902923(2020).
  19. Shi, X. L., et al. A solvothermal synthetic environmental design for high-performance SnSe-based thermoelectric materials. Advanced Energy Materials. 12 (20), 1-10 (2022).
  20. Liu, Y., Lee, S., Fiedler, C., Spadaro, M. C., Chang, C., Li, M., Hong, M., Arbiol, J., Ibáñez, M., et al. Enhancing thermoelectric performance of solution-processed polycrystalline SnSe with PbSe nanocrystals. Chemical Engineering Journal. 490, (2024).
  21. Fiedler, C., Calcabrini, M., Liu, Y., Ibáñez, M., et al. Unveiling Crucial Chemical Processing Parameters Influencing the Performance of Solution-processed inorganic Thermoelectric Materials. Angewandte Chemie International edition. , (2024).
  22. Liu, Y., et al. Defect engineering in solution-processed polycrystalline SnSe leads to high thermoelectric performance. ACS Nano. 16 (1), 78-88 (2022).
  23. Lalancette, J. M., Arnac, M. Reductions with sulfurated borohydrides. III. Borohydrides incorporating selenium and tellurium. Canadian Journal of Chemistry. 47 (19), 3695-3697 (1969).
  24. Klayman, D. L., Griffin, T. S. Reaction of selenium with sodium borohydride in protic solvents. A facile method for the introduction of selenium into organic molecules. Journal of the American Chemical Society. 95 (1), 197-199 (1973).
  25. Goldbach, A., Saboungi, M. L., Johnson, J. A., Cook, A. R., Meisel, D. Oxidation of aqueous polyselenide solutions. A mechanistic pulse radiolysis study. The Journal of Physical Chemistry A. 104 (17), 4011-4016 (2000).
  26. Yarema, M., et al. Upscaling colloidal nanocrystal hot-injection syntheses via reactor underpressure. Chemistry of Materials. 29 (2), 796-803 (2017).
  27. Kwon, S. G., Hyeon, T. Formation mechanisms of uniform nanocrystals via hot-injection and heat-up methods. Small. 7 (19), 2685-2702 (2011).
  28. Han, G., et al. Topotactic anion-exchange in thermoelectric nanostructured layered tin chalcogenides with reduced selenium content. Chemical Science. 9 (15), 3828-3836 (2018).
  29. Tang, G., et al. Realizing high figure of merit in phase-separated polycrystalline Sn1-XPbxSe. Journal of the American Chemical Society. 138 (41), 13647-13654 (2016).
  30. Sirikumara, H. I., Morshed, M., Jameson, C., Jayasekera, T. Dopant-induced indirect-direct transition and semiconductor-semimetal transition of bilayer SnSe. Journal of Applied Physics. 126 (22), 224301(2019).
  31. Zhang, Q. K., et al. Enhanced thermoelectric performance of a simple method prepared polycrystalline SnSe optimized by spark plasma sintering. Journal of Applied Physics. 125 (22), 225109(2019).
  32. Shi, X., et al. Boosting the thermoelectric performance of P-type heavily Cu-doped polycrystalline SnSe via inducing intensive crystal imperfections and defect phonon scattering. Chemical Science. 9 (37), 7376-7389 (2018).
  33. Xu, R., et al. Nanostructured SnSe integrated with Se quantum dots with ultrahigh power factor and thermoelectric performance from magnetic field-assisted hydrothermal synthesis. Journal of Materials Chemistry A. 7 (26), 15757-15765 (2019).
  34. Shi, X., et al. High thermoelectric performance in P-type polycrystalline Cd-doped SnSe achieved by a combination of cation vacancies and localized lattice engineering. Advanced Energy Materials. 9 (11), 1803242(2019).
  35. Li, M., et al. Crystallographically textured SnSe nanomaterials produced from the liquid phase sintering of nanocrystals. Dalton Transactions. 48 (11), 3641-3647 (2019).
  36. Cargnello, M., et al. Efficient removal of organic ligands from supported nanocrystals by fast thermal annealing enables catalytic studies on well-defined active phases. Journal of the American Chemical Society. 137 (21), 6906-6911 (2015).
  37. Mohapatra, P., et al. Calcination does not remove all carbon from colloidal nanocrystal assemblies. Nature Communications. 8 (1), 2038(2017).
  38. Ibáñez, M., et al. Electron doping in bottom-up engineered thermoelectric nanomaterials through HCl-mediated ligand displacement. Journal of the American Chemical Society. 137 (12), 4046-4049 (2015).
  39. Chen, Y. X., et al. Understanding of the extremely low thermal conductivity in high-performance polycrystalline SnSe through potassium doping. Advanced Functional Materials. 26 (37), 6836-6845 (2016).
  40. Zhao, L. D., Chang, C., Tan, G., Kanatzidis, M. G. SnSe: A remarkable new thermoelectric material. Royal Society of Chemistry. 9, 3044-3060 (2016).
  41. Wei, T. -R., et al. How to measure thermoelectric properties reliably. Joule. 2 (11), 2183-2188 (2018).
  42. Liu, Y., et al. The importance of surface adsorbates in solution-processed thermoelectric materials: The case of SnSe. Advanced Materials. 33 (52), 2106858(2021).
  43. Han, G., et al. Facile surfactant-free synthesis of p-type SnSe nanoplates with exceptional thermoelectric power factors. Angewandte Chemie. 128 (22), 6543-6547 (2016).

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Przetwarzanie z roztworówpolikrystaliczny SnSeinżynieria powierzchninanocząstki CdSemateriały termoelektrycznekontrola defektówhamowanie wzrostu ziarenspiekanie plazmowe (SPS)mikrostruktura nanokompozytu
Polikrystaliczny CdSe-SNSE o niskiej przewodności cieplnej poddany obróbce w roztworze, poddany inżynierii powierzchniowej
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.