Синтез неравномерно Пр-легированного SrTiO₃ Керамика и их термоэлектрические свойства

Оксид термоэлектрики было показано, что перспективными кандидатами для высокотемпературных термоэлектрических приложений, из устойчивости и стоимости перспективы в электронных свойств транспорта. Среди оксидных термоэлектрических п-типа, высокопримесная титаната стронция (STO) привлек много внимания из-за его интригующих электронных свойств. Тем не менее, большая общая теплопроводность (κ ~ 12 Вт м ^-1 К ^-1 при 300 К для монокристаллов) ¹ и низкой подвижности носителей (μ ~ 6 см ² В ^-1 с ^-1 при 300 К для монокристаллов) ¹ отрицательно влиять на производительность термоэлектрический который оценивается безразмерной добротности, ZT = α ^2? t / κ, где α является коэффициент Зеебека, σ электропроводности, Т абсолютная температура в градусах Кельвина, а κ общее теплопроводность. В данном Определим числитель как коэффициент мощности, PF = α ²63, Т. Для того, чтобы этого оксида термоэлектрического материала, чтобы конкурировать с другими термоэлектриков высокотемпературных (например, SiGe сплавов), более выраженное повышение коэффициента мощности и / или уменьшение теплопроводности решетки требуется.

Большинство экспериментальных исследований с целью улучшения термоэлектрических свойств STO в основном фокусировались на снижение теплопроводности через деформационного поля и масса флуктуаций рассеяния фононов. Эти попытки включают в себя: (I) с одним или двумя легирование Sr ²⁺ и / или Ti ⁴⁺ сайты, а основные усилия в отношении этого направления, ^2,3 (II) Синтез природных сверхрешетки Ruddlesden-Поппер структур для того, чтобы дополнительно уменьшить теплопроводность через изоляционный слой SRO, ⁴ и (III) композитный инженерии добавлением наноразмерного второй фазы. ⁵ Однако до недавнего времени, ни одна стратегия повышение не было сообщено substantially увеличить термоэлектрического коэффициента мощности в этих оксидов. В сообщил максимальный коэффициент мощности (PF) значения в объемной одно- и поли-кристаллического СТО были приурочены к верхнему пределу ПФ <1,0 Вт м ^-1 K ^-1.

Разнообразие подходов синтеза и методов обработки были использованы для реализации идеи пытались выше. В пути синтеза порошка включают обычные твердофазной реакции, ⁶ золь-гель, ⁷ гидротермальной, ⁸ и сгорание синтез, ^9, тогда как обычном спекании, ⁶ горячего прессования ¹⁰ и недавно искры плазмы спекания ¹² среди общих методов, используемых для уплотнения порошков в объемной керамики. Тем не менее, для аналогичного легирующей примеси (например, La) и концентрации легирующей примеси, полученные в результате объемной керамики демонстрируют спектр электронных и тепловых свойств транспортных. Это большой из-за сильно зависит от процесса дефекта химии SrTiO <суб> 3, что приводит к свойствам синтеза-зависимыми. Существует лишь несколько отчетов оптимизации синтеза и обработки параметров в пользу термоэлектрический транспорта. Стоит отметить, что из-за очень малого свободного пробега фононов в SrTiO ₃ (л _рН ~ 2 нм при 300 К), ¹¹ наноструктурирование не жизнеспособным вариантом для улучшения производительности TE сыпучих STO керамики, прежде всего, за счет сокращения в решеточной теплопроводности.

Недавно мы сообщили о более чем 30 улучшение термоэлектрической в неравномерно Пр-легированных SrTiO ₃ керамики, происходящих из одновременно расширенной коэффициента термоэлектрической мощности% и снижение теплопроводности. ^12,13 В этом подробном протоколе видео, мы представляем и обсудить шаги нашей стратегии синтеза для получения этих Pr-легированного STO керамики, обладающие улучшенными электронные и термоэлектрические свойства.