Вышедшие номера
Home » Физика твердого тела » Год 2023, выпуск 2 » Статья стр. 195
<<<>>>
Проблемы увеличения термоэлектрической эффективности поликристаллической керамики несоразмерных слоистых соединений на примере (GdxDy1-xS)zNbS2
DOI: 10.21883/FTT.2023.02.54290.508
Переводная версия: 10.21883/PSS.2023.02.55889.508
The research was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, №121031700315-2
Баковец В.В.1, Сотников А.В.1
1Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН, Новосибирск, Россия
Email: becambe@niic.nsc.ru, sotnikov@niic.nsc.ru
Поступила в редакцию: 27 октября 2022 г.
В окончательной редакции: 30 ноября 2022 г.
Принята к печати: 30 ноября 2022 г.
Выставление онлайн: 27 декабря 2022 г.
PDF версия
Изучено влияние нарушений кристаллической решетки различной архитектуры и размерности на термоэлектрические свойства (коэффициент Зеебека S, удельное сопротивление rho, полная теплопроводность kappatot, коэффициент мощности S2/rho, добротность ZT) поликристаллических тройных сульфидов MTS3. В качестве объектов исследования выбраны высокотемпературные несоразмерные слоистые соединения (МS)zNbS2, где МS - твердые растворы GdxDy1-xS. Варьирование концентрации гадолиния по ряду x=0.0, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0 позволило изменить ближний и дальний порядки кристаллической решетки и изучить их влияние на термоэлектрические параметры (GdxDy1-xS)zNbS2. При низкой концентрации x=0.1 размер кристаллитов увеличивается, что приводит к уменьшению деформационных напряжений и, тем самым, к аномальному изменению значений S, rho, kappatot и уменьшению ZT. Увеличение концентрации гадолиния (x=0.2-0.5) изменяет электронную структуру и характер межатомной связи несоразмерных подрешеток [GdxDy1-xS] и [NbS2]. При этом значения S и rho остаются практически неизменными, в то время как величина теплопроводности kappatot уменьшается на 40%, а ZT увеличивается в 2 раза. Обсуждена природа этих эффектов и анизотропии термоэлектрических свойств. Ключевые слова: соединения с несоразмерными решетками, термоэлектрические свойства, нарушения порядка решетки, твердые растворы, границы кристаллитов.
  1. L.E. Bell. Science. 321, 5895, 1457 (2008)
  2. G. Tan, L.-D. Zhao, M.G. Kanatzidis. Chem. Rev. 116, 19, 12123 (2016)
  3. J.R. Sootsman, D.Y. Chung, M.G. Kanatzidis. Angew. Chem. Int. Ed. 48, 46, 8616 (2009)
  4. K. Nielsch, J. Bachmann, J. Kimling, H. Bottner. Adv. En. Mater. 1, 5, 713 (2011)
  5. M. Zebarjadi, K. Esfarjani, M.S. Dresselhaus, Z.F. Ren, G. Chen. Energy Envir. Sci. 5, 1, 5147 (2012)
  6. W.G. Zeier, A. Zevalkink, Z.M. Gibbs, G. Hautier, M.G. Kanatzidis, J.G. Snyder. Angew. Chem. Int. Ed. 55, 24, 6826 (2016)
  7. T. Zhu, Y. Liu, C. Fu, J.P. Heremans, J.G. Snyder, X. Zhao. Adv. Mater. 29, 14, 1605884 (2017)
  8. X. Su, P. Wei, H. Li, W. Liu, Y. Yan, P. Li, C. Su, C. Xie, W. Zhao, P. Zhai, Q. Zhang, X. Tang, C. Uher. Adv. Mater. 29, 1602013 (2017)
  9. M. Ohta, P. Jood, M. Murata, C.-H. Lee, A. Yamamoto, H. Obara. Adv. Mater. 9, 1801304 (2019)
  10. J.G. Snyder, E.S. Toberer. Nature Mater. 7, 2, 105 (2008)
  11. G.A. Slack. CRC Handbook of thermoelectrics. (1995). P. 407-440
  12. G.S. Nolas, D.T. Morelli, T.M. Tritt. Annu. Rev. Mater. Sci. 29, 89 (1999)
  13. T. Takabatake, K. Suekini, T. Nakayama, E. Kaneshita. Rev. Mod. Phys. 86, 2, 669 (2014)
  14. G.A. Wiegers. Prog. Solid State Chem. 24, 1 (1996)
  15. P. Jood, M. Ohta, O.I. Lebedev. Chem. Mater. 27, 22, 7719 (2015)
  16. V.V. Sokolov, V.V. Bakovetz, S.M. Luguev, N.V. Lugueva. Adv. Mater. Phys. Chem. 2, 25 (2012)
  17. Y. Miyazaki, H. Ogawa, T. Nakajo, Y. Kikuchii, K. Hayashi. J. Electron. Mater. 42, 1335 (2013)
  18. K. Biswas, J. He, I.D. Blum, C.-I. Wu, T.P. Hogan, D.N. Seidman, V.P. Dravid, M.G. Kanatzidis. Nature. 489, 7416, 414 (2012)
  19. В.А. Кульбачинский. Рос. нанотехнологии 14, 7-8, 30 (2019)
  20. D.K. Aswal, R. Basu, A. Singh. Energy Conv. Manag. 114, 50 (2016)
  21. Y.-P. Wang, B.-C. Qin, D.-Y. Wang, T. Hong, X. Gao, L.-D. Zhao. Rare Met. 40, 2, 2819 (2021)
  22. А.В. Сотников, В.В. Баковец, А.Ш. Агажанов, С.В. Станкус, Д.П. Пищур, В.В. Соколов. ФТТ 60, 3, 482 (2018)
  23. S.J. Gomez, D. Cheikh, T. Vo, P.V. Allmen, K. Lee, M. Wood, G.J. Snyder, B.S. Dunn, J.-P. Fleurial, S.K. Bux. Chem. Mater. 31, 4460 (2019)
  24. V.V. Bakovets, A.V. Sotnikov, A.Sh. Agazhanov, S.V. Stankus, E.V. Korotaev, D.P. Pishchur, A.I. Shkatulov. J. Am. Ceram. Soc. 101, 10, 4773 (2018)
  25. A.V. Sotnikov, M. Ohta, P. Jood. ACS Omega. 5, 22, 13006 (2020)
  26. A. Meerschaut, P. Rabu, J. Rouxel. J. Solid State Chem. 78, 1, 35 (1989)
  27. R. Roesky, A. Meerschaut, P. Gressier, J. Rouxel. MRS Bull. 29, 9, 943 (1994)
  28. A. Jobst, S. Van Smaalen. Acta Cryst. 58, 179 (2002)
  29. A.V. Sotnikov, V.V. Bakovets, E.V. Korotaev, S.V. Trubina, V.I. Zaikovskiy. Mater. Res. Bull. 131, 110963 (2020)
  30. S. Van Smaalen. J. Phys. Condens. Mater. 3, 10, 1247 (1991)
  31. R.D. Shannon, C.T. Prewitt. Acta Crystallogr. Sect. B. 25, 5, 925 (1969)
  32. Р.А. Свелин. Термодинамика твердого состояния. Металлургия, М. (1968). 314 с
  33. Ж. Фридель. Дислокации. Мир, М. (1967). 643 с
  34. G.K. Williamson, R.E. Smallman. Phil. Mag. 1, 1, 34 (1956)
  35. A.L. Patterson. Phys. Rev. 56, 978 (1939)
  36. G.K. Williamson, W.H. Hall. Acta Met. 1, 1, 22 (1953)
  37. Ч. Киттель. Элементарная физика твердого тела. Наука, М. (1965). 369 с
  38. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теория упругости. Наука. М. (1987). 248 с
  39. H.J. Goldsmid, F.A. Underwood. Adv. En. Conv. 7, 4, 297 (1968)
  40. Б.М. Гольцман, В.А. Кудимов, И.А. Смирнов. Полупроводниковые термоэлектрические материалы на основе Bi2Te3. Наука, М. (1972). 320 с
  41. И.А. Смирнов, В.И. Тамарченко. Электронная теплопроводность в металлах и полупроводниках. Наука, Л. (1977). 151 с
  42. J. Rouxel, Y. Moёlo, A. Lafond, F.J. Di Salvo, A. Meerschaut, R. Roesky. Inorg. Chem. 33, 15, 3358 (1994)
  43. K. Suzuki, T. Enoki, K. Imaeda. Solid State Commun. 78, 2, 73 (1991)
  44. T. Terashima, N. Kojima. J. Phys. Soc. Jpn. 63, 658 (1994)
  45. K. Suzuki, T. Kondo, T. Enoki. Synthetic Met. 55-57, 1741 (1993)
  46. O. Pena, P. Rabu, A. Meerschaut. J. Phys. Condens. Mater. 3, 9929 (1991)
  47. К.В. Шалимова. Физика полупроводников. Энергоатомиздат, М. (1985). 392 с
  48. K.A. Jackson, W. Shroter. Hadbook of semiconductor technology. Wiley-VCH, (2000). 829 p
  49. H. Statz, G.A. Demars, L. Davis, A. Adams. Phys. Rev. 101, 4, 1272 (1956)
  50. C.B. Vining. J. Appl. Phys. 69, 1, 331 (1991)
  51. J. He, M.G. Kanatzidis, V.P. Dravid. Mater. Today. 16, 5, 166 (2013)
  52. B. He, Y. Wang, M.Q. Arguilla, N.D. Cultrara, M.R. Scudder, J.E. Goldberger, W. Wind, J.P. Heremans. Nature Mater. 18, 568 (2019)
  53. T. Deng, T. Xing, M.K. Brod, Y. Sheng, P. Qiu, I. Energy Envir. Sci. 13, 9, 3041 (2020)
  54. H-S. Kim, Z.M. Gibbs, Y. Tang, H. Wang, G.J. Snyder. Appl. Mater. 3, 4, 041506 (2015)
  55. E.D. Devyatkova, I.A. Smirnov. Solid State Chem. 3, 8, 2310 (1961)
  56. L.P. Bulat, I.A. Drabkin, V.V. Karataev, V.B. Osvenskii, D.A. Pshenai-Severin. Phys. Solid State 52, 9, 1836 (2010)
  57. J.W. Sharp, S.J. Poon, H.J. Goldsmid. Phys. Status Solidi A. 187, 2, 507 (2001)
  58. P. Jood, M. Ohta, H. Nishiate, A. Yamamoto, O.I. Lebedev, D. Berthebaud, K. Suekuni, M. Kunii. Chem. Mater. 26, 8, 2684 (2014)
  59. E.S. Toberer, L.L. Baranowski, C. Dames. Annu. Rev. Mater. Res. 42, 20, 179 (2012)
  60. I.A. Smirnov, B.Ya. Moizes, E.D. Devijtkova, E.D. Nensberg, A.A. Averkin. Proc. Int. Conf. Semicond. Phys. (1960). 645 p
  61. И.С. Флягина, А.А. Петров, В.С. Первов. Успехи химии 85, 6, 610618 (2016).

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2025 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme