Structural and thermoelectric properties of AgSbSe2-AgSbTe2 system

• Autorzy: Schmidt M , Zybała R. , Wojciechowski K. T.

Warianty tytułu

PL

Strukturalne i termoelektryczne właściwości układu AgSbSe2-AgSbTe2

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Nine compounds with nominal composition AgSbSexTe2-x (x = 0.00, 0.25,...,2.00) were synthesized by the direct fusion technique. The thermal analysis and X-ray diffraction revealed that a partial substitution of Te by Se atoms leads to the stabilization of the cubic crystal structure of alloys. SEM observations of samples fracture showed changes from the Widmanstatten-type into glass-like microstructure for AgSbTe2 and AgSbSe2, respectively. The electrical conductivity, thermal conductivity and Seebeck coefficient were measured as a function of temperature in the range from 300 to 520 K. Electrical conductivity has semiconductor properties within the homogeneous region and semimetalic for the rest of samples. The thermal conductivity is very low as it is in the case of phonon glasses and increases only slightly with temperature. Samples in the homogeneous region have very high positive Seebeck coefficient of about 400-600 žV•K(-1) at RT which gives us the opportunity for optimal doping. The ZT parameter describing usefulness of thermoelectric materials, is about 0.65 for the undoped AgSbSe0.25Te1.75 sample at a temperature of 520 K.

PL

Wykorzystując technikę bezpośredniego topienia zsyntezowano dziewięć związków o nominalnych składach AgSbSexTe2-x (x = 0.00, 0.25,...,2.00). Analiza termiczna i dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego ujawniły częściowe podstawienie atomów Te przez atomy Se, prowadzące do stabilizacji regularnej struktury krystalograficznej stopów. Obserwacje SEM przełomów próbek pokazały zmianę ich mikrostruktury od typu Widmanstattena dla AgSbTe2 do mikrostruktury podobnej do materiału szklistego w przypadku AgSbSe2. Przewodność elektryczną, przewodność cieplną oraz współczynnik Seebecka zmierzono w funkcji temperatury w przedziale od 300 do 520 K. Przewodność elektryczna ma cechy półprzewodnikowe w obszarze jednorodnym i półmetaliczne w przypadku pozostałych próbek. Przewodność cieplna jest bardzo mała, jak w przypadku szkieł fononowych i zwiększa się tylko nieznacznie wraz z temperaturą. Próbki w obszarze jednorodnym mają bardzo duży dodatni współczynnik Seebecka o wartościach ok. 400-600 žV•K(-1) w temperaturze pokojowej, co daje możliwość optymalnego domieszkowania. Parametr ZT opisujący użyteczność materiałów termoelektrycznych ma wartość około 0.65 w przypadku niedomieszkowanej próbki AgSbSe(0,25)Te(1,75) sample at temperature of 520 K.

Słowa kluczowe

EN

thermoelectric materials; electrical properties; thermal properties; microstructure; AgSbTe2; AgSbSe2

PL

materiał termoelektryczny; właściwości elektryczne; właściwości cieplne; mikrostruktura; AgSbTe2; AgSbSe2

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 62, nr 4
• Strony: 465--470
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Schmidt M

autor

Zybała R.

autor

Wojciechowski K. T.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Kraków, Poland,

Bibliografia

• 1. Geller S., Wernick, J.H.: „Ternary Semiconducting Compounds with Sodium Chloride-Like Structure: AgSbSe2, AgSbTe2, AgBiS2, AgBiSe2”, Acta Crystallogr., 12, (1959), 46.
• 2. Wernick J.H., Benson, K.E.: „New semiconducting ternary compound”, Phys. Chem. Solids, 3, (1957), 157.
• 3. Wolfe R., Wernick J.H., Haszko E.: „Anomalous Hall Effect in AgSbTe2”, J. Apply. Phys., 31 (1960), 1959.
• 4. Wang K., Steimer C., Detemple R., Wamwangi, D., Wuttig M.: „Assessment of Se based phase change alloy as a candidate for non-volatile electronic memory applications”, Apl. Phys. A, 81, (2005), 1601.
• 5. Xu J., Liu B., Song Z., Feng S., Chen B.: „Crystallization and C-RAM application of Ag-doped Sb2Te3 material”, Mater. Sci. Eng. B, 127, (2006), 228.
• 6. Patel A.R., Lakshminarayana D.: „Effect of substrate temperature on the crystallinity of AgSbSe2 films”, Thin Solid Films, 98, (1982), 59.
• 7. Abdelghany A., Elsayed S.N., Abdelwahab D.M., Abou El Ela A.H., Mousa N.H.: „Electrical conductivity and thermoelectric power of AgSbSe2 in the solid and liquid state”, Mater. Chem. Phys., 44, (1996), 277.
• 8 Patel A.R. Lakshminarayana D., Rao, K.V.: „Growth and crystallization of AgSbSe2 films”, Thin Solid Films, 98, (1982), 51.
• 9. Handbook of Thermoelectrics, edited by D.M. Rowe (CRC, Boca Taton, FL, 1994),
• 10. Hsu K.F., Loo S., Guo F., Chen W., Dyck J.S., Uher C., Hogan T., Polychroniadis E.K., Kanatzidis M.K.: „Cubic AgPbmSbTe2+m bulk thermoelectric materials with high figure of merit”, Science, 303 (2004), 818.
• 11. McHugh J.P., Tiller W.A., Haszko S.E., Wernick J.H., J. Apply. Phys., 32, (1961), 1785.
• 12. Armstrong R.W., Faust J.W., Tiller W.A., J. Apply. Phys., (1960).
• 13. Burmeister R.A., Stevenson D.A., Trans. Metall. Soc. AIME, 230, (1964), 329.
• 14. Marin-Ayral R. M., Legendare B., Brun G., Liautard B., Tedenac J.C.: „The ternary system silver-antimony-tellurium. Study of the subternary Sb2Te3-Ag2Te-Te”, Thermochim. Acta, 131, (1988), 37.
• 15. Marin R., Brun G., Maurin M., Tedenac C.: „Contribution to the study of AgSbTe2”, Eur. J. Solid State Inorg. Chem., 27, (1990), 47.
• 16. Ma H., Su T., Zhu P., Guo J., Jia X.: „Preparation and transport properties of AgSbTe2 by high-pressure and high-temperature”, J. Alloys Compd., 454, (2008), 415.
• 17. Petzow G., Effenberg G.: „Ternary Alloys” (Wiley-VCH Verlag, Weinheim, 1988 ), Vol.2, p. 554.
• 18. Wojciechowski K., Toboła J., Schmidt M., Zybala R.: „Stuctural and Thermoelectric properties of AgSbSe2 and AgSbTe2”, Fifth European Concerence on Thermoelectric, Odessa, Ukraine, 2007, 117-121.
• 19. Morelli D. T., Jovovic V., Heremans J.P.: „Intrinsically Minimal Thermal Conductivity in Cubic I-V-VI2”, Semiconductors Phys. Rev. Lett., 101, (2008), 035901.
• 20. Hoang K., Mahanti S.D., Salvador J.R., Kanatzidis M.G.: „Atomic Ordering and Gap Formation in Ag-Sb-Based Ternary Chalcogenides”, Phys. Rev. Lett., 99, (2007), 156403.
• 21. Kumar R.S., Sekar A., Victor Jaya N., Natarajan S.: „Synthesis and high pressure studies of the semiconductor AgSbSe2.”, J. Alloys Compd, 285, (1999), 48.
• 22. Wojciechowski K.T, Schmidt M.: „Structural and thermoelectric properties of AgSbTe2-AgSbSe2 pseudobinary system”, Phys. Rev. B, 79, (2009), 184202.