Analiza składu chemicznego i fazowego domieszkowanego Mg2Si otrzymywanego na drodze bezpośredniej reakcji z substratów

• Autorzy: Nieroda P. , Wojciechowski K. T.

Warianty tytułu

EN

Analysis of the chemical and phase composition of doped Mg2Si obtained by direct reaction of the elements

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było eksperymentalne zbadanie możliwości wprowadzenia do struktury Mg2Si wcześniej nie badanych domieszek, tj. In, Ce i B, mogących korzystnie wpływać na właściwości termoelektryczne otrzymanych materiałów. W celu weryfikacji zastosowanej metody badawczej przeprowadzono również badania porównawcze dla dobrze znanych domieszek, takich jak Sn, Ge oraz Bi. Syntezę materiałów polikrystalicznych o składach nominalnych Mg2Si0,9A0,1 (A = Sn, Ge, Bi, In lub B) i Mg1,8Ce0,2Si prowadzono w szczelnie zamkniętych ampułach tantalowych (T = 1073 K, t = 7 dni) w obecności stopionego Mg. Otrzymane w ten sposób produkty reakcji zostały zagęszczone przy użyciu techniki SPS (ang. spark plasma sintering), (T = 1023 K, t = 15 min, p = 30 MPa). Skład chemiczny wykonanych zgładów badano przeprowadzając analizę punktową oraz liniową składu chemicznego przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego SEM z przystawką do analizy składu chemicznego EDS. Przeprowadzone badanie nie wykazały obecności domieszki In, B i Ce w ziarnach otrzymanych próbek, co może świadczyć o braku ich rozpuszczalności w strukturze Mg2Si.

EN

The aim of the study was to experimentally investigate the possibility of introducing dopants into the Mg2Si structure that include In, Ce and B and have not yet been studied, but could favourably affect the thermoelectric properties of the materials obtained. In order to verify the test methods comparative tests were also carried out for well-known dopants of Sn, Ge and Bi. The synthesis of polycrystalline materials with nominal compositions of Mg2Si0.9A0.1 (A = Sn, Ge, Bi, In or B) and Mg1.8Ce0.2Si was carried out in sealed tantalum ampoules (T = 1073 K, t = 7 days) in the presence of molten Mg. The reaction products were consolidated using the PECS technique (Pulsed Electric Current Sintering Technique), using T = 1023 K, t = 15 min and p = 30 MPa. The chemical composition of polished specimens was studied by carrying out point and linear analyses, using a scanning electron microscope with an EDS attachment for chemical composition analysis. The study did not reveal the presence of In, B and Ce dopants in grains of the received samples, which may indicate a lack of solubility in the structure of Mg2Si.

Słowa kluczowe

PL

krzemek magnezu; materiały termoelektryczne; technika SPS

EN

magnesium silicide; thermoelectric materials; SPS technique

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 66, nr 4
• Strony: 429--434
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Nieroda P.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Chemii Nieorganicznej, Laboratorium Badań Termoelektrycznych, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Wojciechowski K. T.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Chemii Nieorganicznej, Laboratorium Badań Termoelektrycznych, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Yamada, T., Oishi, Y., Morito, H., Yamane, H.: Preparation of polycrystalline bulk Mg2Si by using NaSi, J. Mater. Sci., 44, (2009), 5688–5691.
• [2] Tani, J., Takahashi, M., Kido, H.: Fabrication of oxidation–resistant –FeSi2 film on Mg2Si by RF magnetron–sputtering deposition, J. Alloy. Comp., 488, (2009), 346–349.
• [3] Yang, M., Zhang, L., Shen, Q.: Synthesis and sintering of Mg2Si thermoelectric generator by spark plasma sintering, J. Wuhan Univ. Technol., Mater. Sci. Ed., 23, (2008), 870–873.
• [4] Rowe, D. M.: Thermoelectrics Handbook Macro to Nano, Wyd. CRC Press, (2005).
• [5] Scherrer, H., Scherrer, S.: Bismuth telluride, antimony telluride, and their solid solutions, in CRC Handbook of Thermoelectrics, D. M. Rowe (Ed.), Wyd. CRC Press, New York, (1995).
• [6] Jung J-Y., Park K-H., Kim I-H.: Thermoelectric properties of Sb–doped Mg2Si prepared by solid-state synthesis, Mat. Sci. Eng., 18, (2011), 142006-4.
• [7] Tani, J., Kido, H.: Thermoelectric properties of Bi–doped Mg2Si semiconductors, Physica B, 364, (2005), 218–224.
• [8] Akasaka, M., Iida, T., Nishio, K., Takanashi, Y.: Composition dependent thermoelectric properties of sintered Mg2Si1−xGex (x = 0 to 1) initiated from a melt-grown polycrystalline source, Thin Solid Films, 515, (2007), 8237–8241.
• [9] Fedorov, M. I., Zaitsev, V. K., Isachenko, G. N.: High effective thermoelectrics based on the Mg2Si-Mg2Sn solid solution, Sol. State Phen., 170, (2011), 286–292.
• [10] Song, R. B., Aizawa, T., Sun, J. Q.: Synthesis of Mg2Si1−xSnx solid solutions as thermoelectric materials by bulk mechanical alloying and hot pressing, Mater. Sci. Eng., B, 136, (2007), 111–117.
• [11] Luo, W., Yang, M., Chen, F., Shen, Q., Jiang, H., Zhang, L.: Fabrication and thermoelectric properties of Mg2Si1−xSnx (0 ≤ x ≤ 1.0) solid solutions by solid state reaction and spark plasma sintering, Mater. Sci. Eng., B, 157, (2009), 96–100.
• [12] Sakamoto, T., Iida, T., Matsumoto, A., Honda, Y., Nemoto, T., Sato, J., Nakajima, T., Taguchi, H.: Thermoelectric characteristics of a commercialized Mg2Si source doped with Al, Bi, Ag, and Cu, J. Electron. Mater., 39, (2010), 1708–1713.
• [13] Ihou-Mouko, H., Mercier, C., Tobola, J., Pont, G., Scherrer, H.: Thermoelectric properties and electronic structure of p-type Mg2Si and Mg2Si0.6Ge0.4 compounds doped with Ga, J. Alloy. Compd., 509, (2011), 6503–6508.
• [14] Tobola, J., Zwolenski, P., Kaprzyk, S.: Theoretical search for p-type dopants in Mg2X (X = Si, Ge) semiconductors for thermoelectricity, Sol. State Phen.,194, (2013), 266–271.
• [15] Okamoto, H.: Mg–Si (Magnesium–Silicon), JPED, 28, 2007, 229– 230.
• [16] Godlewska, E., Mars, K., Mania, R., Zimowski, S.: Combustion synthesis of Mg2Si, Intermetallics, 19, (2011), 1983–1988.
• [17] Godlewska, E., Mars, K., Zawadzka, K.: Alternative route for the preparation of CoSb3 and Mg2Si derivatives, J. Solid State Chem., 193, (2012), 109–113.
• [18] Kim K–H., Choi S–M., Seo W–S.: Synthesis characteristics and thermoelectric properties of the rare-earth-doped Mg2Si system, J. Korean Phys. Soc., 57, (2010), 1072–1076.
• [19] Liu, Q. Z., Zhang, L. M., Shen, Q., Jiang, H. Y., Wang, C. B.: Solid state reaction synthesis and thermoelectric properties of Ag–doped Mg2Si0.8Ge0.2, Key Eng. Mater., 313, (2006), 177–182.
• [20] Okamoto, H.: B-Mg (Boron-Magnesium), J. Phase Equil., 24, (2003), 92.