Термоэлектрические и тепловые свойства суперионных сплавов AgxCu2-xSe (x=0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.25)

М.Х. Балапанов1, Р.Х. Ишембетов1, К.А. Кутербеков2, М.М. Кубенова2, В.Н. Даниленко3, К.С. Назаров3, Р.А. Якшибаев1
1Башкирский государственный университет, ул.З.Валиди, 32, г. Уфа, 450076, Россия
2Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, ул. Мирзояна 2, 010008, г. Астана, Республика Казахстан
3Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, ул. Халтурина 39, 450001, Уфа, Россия
Аннотация
В работе описаны результаты исследований термоэлектрических и тепловых свойств сплавов AgxCu2-xSe (x=0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.25). Образцы AgxCu2-xSe с малым содержанием серебра были получены методом твердотельного синтеза из элементов особой чистоты при 500 оС в среде аргона. Образец Ag0.25Cu1.75Se был получен твердофазной реакцией смеси Ag2Se и Cu2Se при 400 оС в среде аргона. Рентгенофазовый анализ при комнатной температуре выявил наличие в образцах трех фаз: орторомбической фазы Cu2Se, кубической фазы Cu1.8Se и орторомбической фазы AgCuSe. Фазовые переходы в образцах были исследованы методом ДСК – калориметрии. Теплота фазового перехода в кубическую фазу составила для Ag0.01Cu1.99Se (3.5 ± 0.3) кДж/моль. Для образца Ag0.25Cu1.75Se теплота фазового перехода в кубическую фазу оказалась равной (3.1 ± 0.3) кДж/моль. Кроме интенсивного пика суперионного фазового перехода, занимающего область температур 373-423 К, отмечены слабые тепловые эффекты при 317 К для Ag0.01Cu1.99Se, при 316 К и 437 К для Ag0.25Cu1.75Se. В исследованном интервале температур 290 - 770 К электронная проводимость σ снижается, а коэффициент α электронной термо-эдс повышается с ростом содержания серебра в сплаве. Для состава Ag0.03Cu1.97Se теплопроводность λ после суперионного фазового перехода монотонно убывает от 0.54 до 0.34 Вт м-1К-1 в интервале 420 – 650 К, в результате термоэлектрическая эффективность ZT = σα2T/λ монотонно растет, достигая значения ZT = 1 при 650 К.
Получена: 19 октября 2016   Исправлена: 22 ноября 2016   Принята: 30 ноября 2016
Просмотры: 76   Загрузки: 21
Ссылки
1.
H. Liu, X. Shi, F. Xu, L. Zhang, W. Zhang, L. Chen, Q. Li, C. Uher, T. Day, and G. J. Snyder. Nat. Mater. 11, 422 – 425 (2012). doi: 10.1038 / nmat3273
2.
S. Ballikaya, H. Chi, J. R. Salvador and C. Uher. J. Mater. Chem. A. 1, 12478 – 12484 (2013) doi: 10.1039 / c3ta12508d
3.
T. W. Day, K. A. Borup, T. Zhang, F. Drymiotis, D. R. Brown, X. Shi, L. Chen, B. B. Iversen, G. J. Snyder. Materials for Renewable and Sustainable Energy. 3, 26 — (2014) doi: 10.1007 / s40243‑014‑0026‑5
4.
Yushina L. D. Solid state chemotronics. Ekaterinburg: Ural Department of Russian Academy of Sciences (2003) 204 p. (In Russian) Юшина Л. Д. Твердотельная хемотроника. Екатеринбург: УРО РАН. 2003. 204 с.
5.
M. Kh. Balapanov, I. B. Zinnurov, G. R. Akmanova. Physics of the Solid State. 48, 1868 – 1871 (2006). doi:10.1134 / S1063783406100076
6.
A. Casu, A. Genovese, L. Manna, P. Longo, J. Buha, G. A. Botton, S. Lazar, ¶M. U. Kahaly, U. Schwingenschloegl, M. Prato, H. Li, S. Ghosh, F. Palazon, F. De Donato, S. L. Mozo, E. Zuddas, and A. Falqui. ACS Nano, 10, 2406 – 2414 (2016). DOI: 10.1021 / acsnano.5b07219
7.
M. C. Nguyen,, J. H. Choi,, X. Zhao, C. Z. Wang, Z. Zhang, K. M. Ho. Physical Review Letters, 111, 165502 (2013) doi: 10.1103 / PhysRevLett.111.165502
8.
Y. Tashiro, K. Taniguchi, H. Miyasaka. Electrochimica Acta. 210, 655 – 661 (2016). DOI: 10.1016 / j.electacta.2016.05.202
9.
W. Zhang, J. Xu, Z. Yang, S. Ding, C. Zeng, L. Chen, Q. Wang. Adv. Funct. Mater. 19, 1759 – 1766 (2009). doi: 10.1002 / adfm.200801430
10.
A. Wolf, T. Kodanek and D. Dorfs. Nanoscale, 7, 19519 – 19527 (2015). DOI: 10.1039 / C5NR05425G
11.
P. Kumar, K. Singh. Struct. Chem., 22, 103 – 110 (2011) DOI: 10.1007 / s11224‑010‑9698‑3
12.
C. M. Hessel, V. P. Pattani, M. Rasch, M. G. Panthani, B. Koo, J. W. Tunnell, B. A. Korgel. / Nano Lett. 11, 2560 – 2566 (2011). DOI: 10.1021 / nl201400z
13.
X. Liu, W.‑C. Law, M. Jeon, X. Wang, M. Liu, C. Kim, P. N. Prasad, M. T. Swihart. Adv. Health. Mat. 2, 952 – 957 (2013) DOI: 10.1002 / adhm.201200388
14.
M. A. Korzhuev, V. F. Bankina, B. F. Gruzinov, G. S. Bushmarina. Semiconductors. 23, 959 (1989). (In Russian) М. А. Коржуев, В. Ф. Банкина, Б. Ф. Грузинов, Г. С. Бушмарина. Физика и техника полупроводников. 23, 1545 – 1551 (1989).
15.
A. A. Voskanyan, P. N. Inglizyan, S. P. Lalikin, I. A. Plutto, Y. M. Shevchenko. Soviet physics. Semiconductors. (1978). (In Russian) А. А. Восканян, П. Н. Инглизян, С. П. Лалыкин, И. А. Плютто, Я. М. Шевченко. Физика и техника полупроводников. 12, 2096 – 2099 (1978).
16.
R. A. Yakshibaev, V. N. Konev, M. K. Balapanov, Sov. Phys. Solid State 26, 2189 – 2191. (1984) (In Russian) Р. А. Якшибаев, В. Н. Конев, М. Х. Балапанов. Физика твердого тела. 26, 3641 – 3645 (1984).
17.
N. Kh. Abrikosov, V. F. Bankina, L. V. Poretskaya, E. V. Skudnova, and S. N. Chizhevskaya. Poluprovodnikovye Khal’kogenidy i Splavy na Ikh Osnove (Semiconducting Chalcogenides and Alloys on Their Basis). Moscow: Nauka, 1975. (In Russian) Н. Х. Абрикосов, В. Ф. Банкина, Л. В. Порецкая, Е. В. Скуднова, С. Н. Чижевская. Полупроводниковые халькогениды и сплавы на их основе. М.: Наука, (1975). 220 с.
18.
O. Milat, Z. Vucic, B. Ruscic. Solid State Ionics 23, 37 (1987). DOI: 10.1016 / 0167 – 2738 (87) 90079 – 8
19.
S. A. Danilkin, M. Avdeev, M. Sale, T. Sakuma. Solid State Ionics. 225, 190 – 193 (2012). DOI: 10.1016 / j.ssi.2012.02.046
20.
T. Ohtani, Y. Tachibana, J. Ogura, T. Miyaka, Y. Okada, Y. Yokota. J. Alloys and Comp. 279, 136 – 141 (1998) doi: 10.1016 / S0925–8388 (98) 00674 – 4
21.
R. A Yakshibaev., V. N. Konev, N. N. Mukhamadeeva, M. Kh. Balapanov. Izv. Akad. Nauk SSSR, Neorg. Mater. 24, 501 – 503 (1988). (In Russian) R. А. Якшибаев, В. Н. Конев, Н. Н. Мухамадеева, М. Х. Балапанов. Изв. АН СССР. Неорг. мат. 24, 501 – 503 (1988).
22.
S. Miyatani. J. Phys. Soc. Japan, 34, 422 – 432 (1973). doi: 10.1143 / JPSJ.34.423
23.
V. M. Berezin, and G. P. Vyatkin. Superionnye poluprovodnikovye khal’kogenidy (Superionic Chalcogenide Semiconductors), Chelyabinsk: Yuzhno-Ural. Gos. Univ., 2001. 135 p. (In Russian) В. М. Березин, Г. П. Вяткин. Суперионные полупроводниковые халькогениды. Челябинск.: Изд. Ю. УрГУ, 2001. 135 с.
24.
D. R. Brown, T. Day, T. Caillat, and G. J. Snyder. J. of electr. mat. 42, 2014 – 2019 (2013) DOI: 10.1007 / s11664‑013‑2506‑2
25.
C. Wagner. Progr. in Sol. Chem. Phys., 7, 1 – 37 (1972). doi: 10.1016 / 0079 – 6786 (72) 90003 – 9
26.
P. Peranantham, Y. L. Jeyachandran, C. Viswanathan, N. N. Praveena, P. C. Chitra, D. Mangalaraj, and Sa. K. Narayandass. Mater. Charact. 58, 756 (2007). doi: 10.1016 / j.matchar.2006.11.019
27.
R. M. Murray, R. D. Heyding. Canadian Journal of Chemistry. 53, 878 – 887 (1975). doi: 10.1139 / v75–122
28.
K. Chrissafis, N. Vouroutzis, K. M. Paraskevopoulos, N. Frangis, C. Manolikas. J. Alloys and Comp. 385, 169 – 172 (2004) doi.10.1016 / j.jallcom.2004.04.119
29.
X. Xing-Xing, X. Wen-Jie, T. Xin-Feng and Z. Qing-Jie. Chin. Phys. B 20, 087201 (2011) doi: 10.1088 / 1674 – 1056 / 20 / 8 / 087201
30.
P. Kubaschewski, and H. Nolting. Ben Bunsen-Ges. Phys. Chem., 77, 70 – 74 (1973) DOI: 10.1002 / bbpc.19730770203
31.
N. Kh. Abrikosov, V. F. Bankina, M. A. Korzhuev, G. K. Demensky, O. A. Teplov. Sov. Phys. Solid State 25, 2911 – 2916 (1983). (In Russian) Н. Х. Абрикосов, В. Ф. Банкина, М. А. Коржуев, Г. К. Деменский, О. А. Теплов. Физика твердого тела. 25, 2911 – 2916 (1983).