Sintesi di non-uniforme Pr-drogato SrTiO₃ Ceramica e le loro proprietà termoelettriche

Termoelettrico ossido hanno dimostrato di essere candidati promettenti per applicazioni termoelettriche ad alta temperatura, di stabilità e di costo prospettive alla proprietà di trasporto elettronico. Tra i termoelettrico ossido di tipo n, titanato di stronzio fortemente drogata (STO) ha attirato molta attenzione per le sue interessanti proprietà elettroniche. Tuttavia, una grande conduttività termica totale (κ ~ 12 W m ^-1 K ^-1 a 300 K per monocristalli) ¹ e mobilità portante bassa (μ ~ 6 cm ² V ^-1 sec ^-1 a 300 K per cristalli singoli) ^1, compromette il rendimento termoelettrico che viene valutato da una figura adimensionale di merito, ZT = α ² σT / κ, dove α è il coefficiente di Seebeck, σ la conducibilità elettrica, T la temperatura assoluta in gradi Kelvin, e κ la conducibilità termica totale. Siamo qui definiamo il numeratore come il fattore di potenza, PF = α ²63; T. Affinché questo materiale termoelettrico ossido di competere con altri termoelettrico ad alta temperatura (come leghe SiGe), un aumento più pronunciato nel fattore di potenza e / o diminuzione in lattice conducibilità termica sono richiesti.

La maggior parte degli studi sperimentali, per migliorare le proprietà termoelettriche di STO sono concentrati principalmente sulla riduzione della conducibilità termica mediante strain-campo e la fluttuazione massa dispersione dei fononi. Questi tentativi sono: (i) Scegliere o doppio-doping della Sr ²⁺ e / o Ti ⁴⁺ siti, come i principali sforzi rispetto a questa direzione, ^2,3 (ii) Sintesi di superlattice naturale strutture Ruddlesden-Popper ⁵ Tuttavia, al fine di ridurre ulteriormente la conduttività termica attraverso strati isolanti SRO, ⁴ e (iii) Tecnica composito mediante aggiunta di una seconda fase nanometriche., fino a poco tempo fa, nessuna strategia enhancement è stato segnalato substantbuona resa aumentare il fattore termoelettrica di questi ossidi. I valori del fattore di potenza massima riportata (PF) in massa mono e poli-cristallino STO sono stati confinati a un limite massimo di PF <1,0 W m ^-1 K ^-1.

Una varietà di approcci di sintesi e tecniche di lavorazione sono stati impiegati per realizzare le idee tentati sopra. Le vie di sintesi in polvere includono reazione allo stato solido convenzionale, ⁶ sol-gel, ⁷ idrotermale, ⁸ e la combustione di sintesi, ⁹ considerando sinterizzazione convenzionale, ⁶ a caldo ¹⁰ e recentemente scintilla sinterizzazione plasma ¹² sono tra le comuni tecniche utilizzate per addensare le polveri in ceramiche di massa. Tuttavia, per un drogante simile (per esempio, La) e concentrazione di drogaggio, le ceramiche bulk risultanti presentano una gamma di proprietà elettroniche di trasporto e termiche. Ciò è grande a causa del difetto chimica fortemente processo dipendente SrTiO <sub> 3 che si traduce in proprietà di sintesi-dipendente. C'è solo una manciata di rapporti ottimizzando i parametri di sintesi e di elaborazione a beneficio del trasporto termoelettrico. Vale la pena ricordare che a causa della piccola fonone libero cammino medio in SrTiO ₃ (l _ph ~ 2 nm a 300 K), ¹¹ nanostrutturazione non è un'opzione praticabile per il miglioramento delle prestazioni TE della ceramica bulk STO principalmente attraverso la riduzione della conducibilità termica reticolo.

Recentemente, abbiamo riportato più del 30% di miglioramento nella figura termoelettrica di merito in modo non uniforme Pr-drogate SrTiO ₃ ceramiche provenienti da un fattore di potenza termoelettrica maggiore simultaneamente e ridotto conducibilità termica. ^12,13 In questo protocollo video dettagliato, presentiamo e discutere i passi della nostra strategia di sintesi per la preparazione di questi Pr-drogato ceramiche STO espongono migliorate proprietà elettroniche e termoelettriche.