불균일 PR-도핑 된 SrTiO3의 합성₃ 도자기와 그 열전 특성

산화물 열전은 전자 수송 특성에 대한 안정성 및 비용 관점에서 고온 열전 애플리케이션을위한 유망한 후보로 나타났다. n 형 산화물 열전기 중에서 고농도 도핑 된 티탄산 스트론튬 (STO)를 인해 흥미로운 전기적 성질에 많은 관심을 끌고있다. 그러나, 큰 총 열 전도성 (κ ~ 12 W M ^-1 K ^-1 (300) 단결정에 대한 K에서) ^(1)과 낮은 캐리어 이동도 (μ ~ 6cm ² V ^-1 초 ^-1 단결정 300 K에서) ^{한 악영향} 메리트 차원 도면에 의해 평가된다 열전 성능에 영향을 미치는, 도전율 σ α는 제벡 계수이고, ZT = ^α이 σT / κ는, T 켈빈 절대 온도, 총 열전도율 κ. 우리는 본원에서 역률 같은 분자를 정의 PF = α ²63; T. (SiGe와 합금과 같은) 다른 고온 열전기과 경쟁이 산화물 열전 재료 위해서는, 역률 및 / 또는 격자 열 전도도의 감소에 더 현저한 증가가 요구된다.

STO의 열전 특성을 향상시키기 위해 실험 연구의 대부분은 주로 변형 필드와 포논의 질량 변동 산란 통한 열전도율의 감소에 초점을 맞추고있다. 이러한 시도는 다음을 포함한다 : (i) 단일 또는 이중의 Sr 도핑 ²⁺ 또는 / 및 Ti ⁴⁺ 사이트,이 방향에 대하여 주된 노력으로서, 자연 초 격자 Ruddlesden-포퍼 구조의 ^2,3- (II)의 합성 상기 나노 크기의 제 2상의 SrO를 첨가하여 층, ⁽⁴⁾ 및 (iii) 복합 공학 절연막을 통해 열전 도성을 감소시키기 위해. ⁵ 단, 최대 최근까지 더 개선 전략 substant보고되지 않았다ially 이들 산화물에 열전 역률을 증가시킨다. 벌크 단일 및 다결정 STO에서보고 된 최대 역률 (PF) 값 PF <1.0 m의 W ^-1 K ^-1의 상한에 국한되어왔다.

합성 방법 및 처리 기술의 다양한 시도 상기 아이디어를 구현하는 데 사용되어왔다. 분말 합성 경로는 종래의 고상 반응을 포함 ⁶ 졸겔 ⁷ 종래 소결 반면 열수, ⁸ 및 연소 합성, ^{9, 6} 핫 프레스 ^(10)와 최근에 방전 플라즈마 소결 ^(12)로 분말을 조밀화하는데 사용되는 공통 기술들이다 대량 도자기. 그러나 유사한 불순물 (예를 들어, 라)와 도핑 농도, 그 결과 대량 세라믹 전자 및 열 수송 특성의 범위를 나타낸다. 이는 된 SrTiO3 <공정의 강하게 의존 결함 화학 대형 인합성에 의존하는 특성을 초래 부> 3. 열전 전송 혜택을 합성 및 처리 매개 변수를 최적화 보고서의 소수는있다. 그것은 때문에 아주 작은 포논에 _SrTiO3를 무료 경로 (300 K에서 L _산도 ~ 2 나노 미터)을 의미하는 것으로 언급 할 가치가있다, ¹¹ 나노 구조는 주로 감소를 통해 대량 STO 도자기의 TE 성능의 개선을위한 실행 가능한 옵션이 아니다 격자 열 전도도.

최근에, 우리는 동시에 강화 된 화력 요인에서 발생하는 비 균일 PR-도핑 된 SrTiO3 ₃ 도자기의 장점의 열전 그림의 30 % 이상 향상을보고이 상세한 비디오 프로토콜에서 열전도. ^{12, 13 감소,} 우리가 제시하고 이들의 제조에 대한 우리의 합성 전략의 단계 논의 향상된 전자 및 열전 특성을 나타내는 STO 세라믹스 잠을 도핑.