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

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.

1. Министерство образования и науки Республики Казахстан - BR05236795