Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Thermoelectric properties of bismuth-doped magnesium silicide obtained by the self-propagating high-temperature synthesis

Bucholc Bartosz, Kaszyca Kamil, Śpiewak Piotr, Mars Krzysztof, Kruszewski Mirosław J., Ciupiński Łukasz, Kowiorski Krystian, Zybała Rafał

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2022

|

Vol. 70, nr 3

art. no. e141007

EN

Doping is one of the possible ways to significantly increase the thermoelectric properties of many different materials. It has been confirmed that by introducing bismuth atoms into Mg sites in the Mg2Si compound, it is possible to increase career concentration and intensify the effect of phonon scattering, which results in remarkable enhancement in the figure of merit (ZT) value. Magnesium silicide has gained scientists’ attention due to its nontoxicity, low density, and inexpensiveness. This paper reports on our latest attempt to employ ultrafast self-propagating high-temperature synthesis (SHS) followed by the spark plasma sintering (SPS) as a synthesis process of doped Mg2Si. Materials with varied bismuth doping were fabricated and then thoroughly analyzed with the laser flash method (LFA), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) with an integrated energy-dispersive spectrometer (EDS). For density measurement, the Archimedes method was used. The electrical conductivity was measured using a standard four-probe method. The Seebeck coefficient was calculated from measured Seebeck voltage in the sample subjected to a temperature gradient. The structural analyses showed the Mg2Si phase as dominant and Bi2Mg3 located at grain boundaries. Bismuth doping enhanced ZT for every dopant concentration. ZT = 0.44 and ZT=0.38 were obtained for 3wt% and 2wt% at 770 K, respectively.

2

Warstwy Mg2Si nanoszone metodą impulsowego rozpylania magnetronowego

Mars K., Godlewska E., Augustyniak M., Mitoraj M.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2015

|

Vol. 56, nr 2

108-110

PL

Celem niniejszej pracy było otrzymanie warstw krzemku magnezu (Mg2Si) metodą impulsowego rozpylania magnetronowego. W pierwszym etapie opracowywanej technologii otrzymano proszek krzemku magnezu poprzez zastosowanie samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej SHS (ang. Self-Propagating High-Temperature Synthesis). Z uzyskanego proszku, metodą spiekania na gorąco zostały wytworzone gęste spieki przydatne do produkcji targetów. Syntezę warstw Mg2Si prowadzono w aparaturze próżniowej NP - 501A produkcji TEPRO Koszalin. W cylindrycznej komorze próżniowej zainstalowano planarną wyrzutnię magnetronową współpracującą z zasilaczem Dora Power System (DPS). Zasilacz DPS przystosowany jest do zasilania urządzeń rozpylających, generując impulsy z częstotliwością 80 kHz, co pozwala określić stosowaną technikę magnetronową jako impulsową (ang. Pulsed Magnetron Sputtering). Otrzymane warstwy analizowano pod kątem składu chemicznego, fazowego i struktury przy użyciu niskokątowej dyfraktometrii rentgenowskiej (ang. Grazing Incidence Diffraction – GID), oraz mikroskopii skaningowej.

EN

The objective of this study was to deposit stoichiometric layers of magnesium silicide (Mg2Si) by pulsed magnetron sputtering. Magnesium silicide powder obtained by Self-Propagating High-Temperature Synthesis was hot pressed (HP) and the obtained dense sinter was suitable for the production targets. Mg2Si layers were deposited in a vacuum chamber (NP – 501A TEPRO Koszalin) equipped with one magnetron with a planar target, 50 mm in diameter. A pulsed power supply, Dora Power System, was used in the sputtering process. The power supply was generating sinusoidal pulses with a frequency of 80 kHz and group modulation of 2.5 kHz. Because of the type of the power supply, the method is referred to as Pulsed Magnetron Sputtering. The obtained layers were characterised by X-ray diffraction (GID), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectrometry (EDS).

3

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

Nieroda P., Wojciechowski K. T.

Materiały Ceramiczne

|

2014

|

T. 66, nr 4

429--434

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.

4

Właściwości termoelektryczne Mg2Si otrzymywanego techniką SPS

Nieroda P., Zybała R., Wojciechowski K. T.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 4

490-493

PL

Przedmiotem pracy było otrzymanie jednofazowego polikrystalicznego Mg2Si na drodze bezpośredniej reakcji pomiędzy krzemem i magnezem przy zastosowaniu techniki SPS (ang. Spark Plasma Sintering). Zarówno synteza jak i zagęszczanie materiału odbywało się w matrycach grafitowych w aparaturze SPS. W celu określenia składu fazowego wytworzonych próbek przeprowadzono badania metodą dyfrakcji rentgenowskiej XRD. Mikrostrukturę materiałów oraz skład chemiczny analizowano przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego SEM z przystawką do analizy składu chemicznego EDX. Jednorodność właściwości termoelektrycznych próbek została zbadana skaningową mikrosondą termoelektryczną (STM). Koncentrację nośników zmierzono metodą Halla. Dodatkowo zmierzono właściwości termoelektryczne próbek takie jak przewodnictwo elektryczne, współczynnik Seebecka oraz przewodnictwo cieplne w zakresie temperatur od 300-650 K. Otrzymane próbki Mg2Si charakteryzują się wysoką jednorodnością składu chemicznego i fazowego oraz właściwości termoelektrycznych.

EN

The object of this study was to obtain single-phase polycrystalline Mg2Si by a direct reaction between silicon and magnesium using the spark plasma sintering (SPS) technique. Both synthesis and densification of the material took place in graphite dies in an SPS apparatus. To determine the phase composition of the produced samples, X-ray diffraction investigations were performed. The microstructure and chemical composition of studied materials were analyzed using a scanning electron microscope (SEM) equipped with an EDX detector. Homogeneity of thermoelectric properties of the samples was investigated using a scanning thermoelectric microprobe (STM). The carrier concentration was measured by the Hall method. In addition, thermoelectric properties, i.e. electrical conductivity, Seebeck coefficient and thermal conductivity at the temperatures ranging from 300-650 K, were measured. The obtained samples of Mg2Si showed high homogeneity of both phase composition and thermoelectric properties.

5

Microstructural analysis of AM50/Mg2Si cast magnesium composites

Malik M. A., Majchrzak K., Braszczyńska-Malik K. N.

Archives of Foundry Engineering

|

2012

|

Vol. 12, iss. 4

109-112

EN

AM50/Mg2Si composites containing 5.7 wt. % and 9.9 wt. %. of Mg2Si reinforcing phase were prepared successfully by casting method. The microstructure of the cast AM50/Mg2Si magnesium matrix composites was investigated by light microscopy and X-ray diffractometry (XRD). The microstructure of these composites was characterized by the presence of \alfa-phase (a solid solution of aluminium in magnesium), Mg17Al12 (\gamma-phase), Al8Mn5 and Mg2Si. It was demonstrated that the Mg2Si phase was formed mainly as primary dendrites and eutectic.