Электрические и тепловые свойства суперионных сплавов KxCu2−xS (x = 0.1, 0.2, 0.25)

М.Х. Балапанов, Р.Х. Ишембетов, К.А. Кутербеков, А.Х. Баишева, Р.Ш. Палымбетов, С. Сахабаева, М.М. Кубенова, Р.А. Якшибаев показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 24 августа 2020; Исправлена: 25 августа 2020; Принята: 11 сентября 2020
Цитирование: М.Х. Балапанов, Р.Х. Ишембетов, К.А. Кутербеков, А.Х. Баишева, Р.Ш. Палымбетов, С. Сахабаева, М.М. Кубенова, Р.А. Якшибаев. Электрические и тепловые свойства суперионных сплавов KxCu2−xS (x = 0.1, 0.2, 0.25). Письма о материалах. 2020. Т.10. №4. С.439-444
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-4-439-444

Аннотация

Представлены и обсуждаются результаты экспериментальных исследований электронной проводимости и термо-э.д.с., коэффициента теплопроводности суперионных сплавов KxCu2-xS (x=0.1, 0.2, 0.25) в интервале температур от 30 до 420 оС.В работе представлены и обсуждаются результаты экспериментальных исследований электронной проводимости и термо-э.д.с., коэффициента теплопроводности образцов сплавов KxCu2−xS (x = 0.1, 0.2, 0.25) в интервале температур от 30 до 420°С. По результатам рентгенофазового анализа сплавы представляют собой смесь различных фаз сульфида меди: кубической Fm-3m фазы Cu1.84S, кубической Fm-3m фазы Cu2S, ромбоэдрической R-3m фазы Cu17S9 и метастабильной тетрагональной P43212 фазы Cu2S. Дифференциальная сканирующая термометрия выявила эндотермический пик, растянутый от 84 до 102°С, вызванный фазовыми переходами из ромбоэдрической и тетрагональной фаз в гексагональную фазу сульфида меди. В области температур выше комнатной для всех образцов наблюдается полупроводниковый характер проводимости, который затем сменяется на металлический (выше 102°С, 93°С и 270°С для сплавов К0.1Cu1.9S, К0.2Cu1.8S, К0.25Cu1.75S соответственно). Энергия активации проводимости составляет 0.16, 0.22 и 0.39 эВ для К0.1Cu1.9S, К0.2Cu1.8S и К0.25Cu1.75S соответственно. В области от 130 до 270°С энергия активации у сплава К0.25Cu1.75S снижается до 0.16 эВ. Аномально высокий пик коэффициента термо-э.д.с., наблюдаемый в изучаемых сплавах при 360 – 380°С, может быть обусловлен суперионным фазовым переходом из гексагональной в кубическую фазу тех фракций сплава, которые при комнатной температуре находились в ромбоэдрической (Cu17S9) и тетрагональной (Cu2S) модификациях, и затем трансформировались в гексагональные модификации Cu17S9 и Cu2S соответственно при 84 и 93°С. Для состава K0.2Cu1.8S выше 300°С наблюдались сильный рост коэффициента термо-э.д.с. (до 4 мВ / K) и снижение теплопроводности (от 0.87 до 0.4 Вт / м·К), приводящие к очень высокому пиковому значению безразмерной термоэлектрической эффективности ZT = 3.5 при 380°С, что важно для возможных технических приложений.

Ссылки (21)

1. K. Okamoto, Sh. Kawai. J. Appl. Phys. 12, 1130 (1973). Crossref
2. R. A. Yakshibaev, M. K. Balapanov, V. N. Konev. Sov. Phys. Solid State. 28 (5), 2189 (1986).
3. N. Kh. Abrikosov, V. F. Bankina, L. V. Poretskaya, E. V. Skudnova, S. N. Chizhevskaya. Semiconducting Chalcogenides and Alloys on Their Basis. Moscow, Nauka (1975) 220 p. (in Russian) [Н. Х. Абрикосов, В. Ф. Банкина, Л. В. Порецкая, Е. В. Скуднова, С. Н. Чижевская. Полупроводниковые халькогениды и сплавы на их основе. Москва, Наука (1975) 220 с.].
4. P. Qiu, X. Shi, L. Chen. Energy Storage Materials. 3, 85 (2016). Crossref
5. H. Gao, Ch. Zhai, Ch. Yuan, Zh.-Q. Liu, M. Zhu. Electrochimica Acta. 330, 135214 (2019). Crossref
6. M.-R. Gao, Y.-F. Xu, J. Jiang, Sh.-H. Yu. Chem. Soc. Rev. 42, 2986 (2013). Crossref
7. M. Kh. Balapanov, R. A. Yakshibaev, I. G. Gafurov, R. Kh. Ishembetov, Sh. M. Kagarmanov. Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics. 69 (4), 545 (2005). (in Russian) [М. Х. Балапанов, Р. А. Якшибаев, И. Г. Гафуров, Р. Х. Ишембетов, Ш. М. Кагарманов. Известия РАН. Серия физ. 69 (4), 545 (2005).].
8. M. Kh. Balapanov, R. Kh. Ishembetov, K. A. Kuterbekov, T. N. Nurakhmetov, E. K. Urazaeva, R. A. Yakshibaev. Inorg. Materials. 50, 930 (2014). Crossref
9. R. K. Ishembetov, M. K. Balapanov, Y. K. Yulaeva. Russ. J. Electrochem. 47, 416 (2011). Crossref
10. M. Kh. Balapanov, R. Kh. Ishembetov, K. A. Kuterbekov, M. M. Kubenova, R. F. Almukhametov, R. A. Yakshibaev. Ionics. 24, 1349 (2018). Crossref
11. M. Kh. Balapanov, R. Kh. Ishembetov, A. M. Kabyshev, M. M. Kubenova, K. A. Kuterbekov, Yu. Kh. Yulaeva, R. A. Yakshibaev. Bulletin of Bashkir University. 24 (4), 823 (2019). (in Russian) [М. Х. Балапанов, Р. Х. Ишембетов, А. М. Кабышев, М. М. Кубенова, К. А. Кутербеков, Ю. Х. Юлаева, Р. А. Якшибаев. Вестник Башкирского университета. 24 (4), 823 (2019).]. Crossref
12. M. M. Kubenova, M. Kh. Balapanov, K. A. Kuterbekov, R. Kh. Ishembetov, A. M. Kabyshev, Y. Kh. Yulaeva. Eurasian J. Phys. and Func. Mat. 4 (1), 67 (2020). Crossref
13. Z.-H. Ge, X. Liu, D. Feng, J. Lin, J. He. Adv. Energy Mater. 6 (16), 1600607 (2016). Crossref
14. T. Ohtani, J. Ogura, H. Yoshihara, Y. Yokota. J. Solid State Chem. 115, 379 (1995). Crossref
15. X. Li, C. Hu, X. Kang, Q. Len, Y. Xi, K. Zhang, H. Liu. J. Mater. Chem. A. 1, 13721 (2013). Crossref
16. C. Wagner. Progr. in Sol. Chem. Phys. 7, 1 (1972). Crossref
17. I. P. Suzdalev. Nanotechnology: Physicochemistry of nanoclusters, nanostructures and nanomaterials. Moscow, LIBROCOM (2009) 592 p. (in Russian) [И. П. Суздалев. Нанотехнология: Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. Москва, Кн. дом «ЛИБРОКОМ» (2009) 592 с.].
18. D. J. Chakrabarti, D. E. Laughlin. Bull. Alloy Phase Diagr. 4, 254 (1983). Crossref
19. E. H. Roseboom. Econ. Geol. 61, 641 (1966). Crossref
20. H. L. Liu, X. Shi, F. F. Xu, L. L. Zhang, W. Q. Zhang, L. D. Chen, Q. Li, C. Uher, T. Day, G. J. Snyder. Nat. Mater. 11 (5), 422 (2012). Crossref
21. H. L. Liu, X. Yuan, P. Lu, X. Shi, F. F. Xu, Y. He, Y. S. Tang, S. Q. Bai, W. Q. Zhang, L. D. Chen, Y. Lin, L. Shi, H. Lin, X. Y. Gao, X. M. Zhang, H. Chi, C. Uher. Adv. Mater. 25, 6607 (2013). Crossref

Финансирование

1. Министерство образования и науки Республики Казахстан - BR05236795