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

The Influence of Ag2Te Addition on Thermoelectric Properties of Bismuth Telluride

Drzewowska Sylwia, Lan Tian-Wey, Onderka Bogusław

Archives of Metallurgy and Materials

|

2022

|

Vol. 67, iss. 1

5--15

EN

The resistivity, Seebeck coefficient and thermal diffusivity were determined for BiTe3 + Ag2Te composite mixtures. Subsequent measurements were carried out in the temperature range from 20 to 270°C, and for compositions from pure Bi2Te3 to xAg2Te = 0.65 selected along the pseudo-binary section of Ag-Bi-Te ternary system. It was found that conductivity vs. temperature dependence shows visible jump between 140 and 150°C in samples with highest Ag2Te content, which is due to monoclinic => cubic Ag2Te phase transformation. Measured Seebeck coefficient is negative for all samples indicating they are n-type semiconductors. Evaluated power factor is of the order 1.52·10-3 and it decreases with increasing Ag2Te content (at. %). Recalculated thermal conductivity is of the order of unity in W/(m K), and is decreasing with Ag2Te addition. Finally, evaluated Figure of Merit is 0.43 at 100°C and decreases with temperature rise.

3

Materiały termoelektryczne w odbiorze ciepła odpadowego

Zawadzka Ewa

Inżynieria Elektryczna

|

2020

|

nr 3

44--47

4

Characterization of nanostructured bulk cobalt triantimonide doped with tellurium and indium prepared by pulsed plasma in liquid method

Zybała R., Schmidt M., Kaszyca K., Chmielewski M., Kruszewski M. J., Jasiński M., Rajska M., Ciupiński Ł.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2020

|

Vol. 68, nr 1

125--134

EN

One of the ways to decrease thermal conductivity is nano structurization. Cobalt triantimonide (CoSb3) samples with added indium or tellurium were prepared by the direct fusion technique from high purity elements. Ingots were pulverized and re-compacted to form electrodes. Then, the pulsed plasma in liquid (PPL) method was applied. All materials were consolidated using rapid spark plasma sintering (SPS). For the analysis, methods such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and scanning transmission electron microscopy (STEM) with a laser flash apparatus (LFA) were used. For density measurement, the Archimedes’ method was used. Electrical conductivity was measured using a standard four-wire method. The Seebeck coefficient was calculated to form measured Seebeck voltage in the sample placed in a temperature gradient. The preparation method allowed for obtaining CoSb3 nanomaterial with significantly lower thermal conductivity (10 Wm–1K–1 for pure CoSb3 and 3 Wm–1K–1 for the nanostructured sample in room temperature (RT)). The size of crystallites (from SEM observations) in the powders prepared was about 20 nm, joined into larger agglomerates. The Seebeck coefficient, α, was about –200μVK–1 in the case of both dopants, In and Te, in microsized material and about −400 μK−1 for the nanomaterial at RT. For pure CoSb3 , α was about 150 μVK−1 and it stood at −50 μVK−1 for nanomaterial at RT. In bulk nanomaterial samples, due to a decrease in electrical conductivity and inversion of the Seebeck coefficient, there was no increase in ZT values and the ZT for the nanosized material was below 0.02 in the measured temperature range, while for microsized In-doped sample it reached maximum ZT = 0.7 in (600K).

5

Influence of Spark Plasma Sintering Temperature on Microstructure and Tthermoelectric Properties of Cu-Doped Bi0.5Sb1.495Te3 Compound

Lee Chul-Hee, Dharmaiah Peyala, Song Jun-Woo, Jeong Kwang-Yong, Hong Soon-Jik

Archives of Metallurgy and Materials

|

2020

|

Vol. 65, iss. 3

1105--1110

EN

Due to air pollution, global warming and energy shortage demands new clean energy conversion technologies. The conversion of industrial waste heat into useful electricity using thermoelectric (TE) technology is a promising method in recent decades. Still, its applications are limited by the low efficiency of TE materials in the operating range between 400-600 K. In this work, we have fabricated Cu0.005 Bi0.5Sb1.495Te3 powder using a single step gas atomization process followed by spark plasma sintering at different temperatures (623, 673, 723, and 773 K), and their thermoelectric properties were investigated. The variation of sintering temperature showed a significant impact on the grain size. The Seebeck coefficient values at room temperature increased significantly from 127 μVK to 151 μV/K with increasing sintering temperature from 623 K to 723 K due to decreased carrier concentration. The maximum ZT values for the four samples were similar in the range between 1.15 to 1.18 at 450 K, which suggest these materials could be used for power generation in the mid-temperature range (400-600 K).

6

Elastic Constants by Resonant Ultrasound Spectroscopy – Application to Thermoelectrics and Aluminum Alloys

Klobes Benedikt

Scientific Journal of Gdynia Maritime University

|

2019

|

nr 112

60--68

EN

Resonant ultrasound spectroscopy is a non-destructive technique for determining the elastic constants of a material. In the context of thermoelectric materials, elastic constants can be used to investigate the speed of sound and, thus, the lattice thermal conductivity of a substance. For Mg2Si-Mg2Sn solid solutions, a possible connection between shear modulus and band convergence can be assumed in that way. Moreover, the rather low speed of sound in this system points towards a high contribution of optical phonons to thermal conductivity. Additionally, significant resonance frequency shifts are observed during natural aging of technical Al-Cu-Mg and Al-Mg-Si alloys, which are proposed to assist investigation of the early stages of clustering in the future.

7

Generacja termoelektryczna w przemyśle i w domu

Jezierski J., Jabłczyńska J., Kalbarczyk K., Janczylik M., Rusowicz A.

Chłodnictwo : organ Naczelnej Organizacji Technicznej

|

2018

|

R. 53, nr 3

30--38

PL

W pracy opisano podstawy fizyczne procesu generacji energii elektrycznej za pomocą ogniw Peltiera przy wykorzystaniu efektu Seebeck’a. Omówino wady i zalety generatorów termoelektrycznych (TEG) oraz ich zastosowania, zarówno komercyjnie dostępne, jak i te będące w fazie badań. W części projektowej przedstawiono koncepcję zastosowania modułów TEG jako źródła energii wykorzystywanej do celów oświetleniowych w budynkach przemysłowych oraz domach jednorodzinnych. Idea opiera się na wykorzystaniu ciepła pochodzącego z nagrzewania się powierzchni dachów podczas intensywnego oddziaływania promieniowania słonecznego. Przeprowadzono analizę zapotrzebowania na energię elektryczną, możliwości generacji oraz ekonomiczną.

EN

In this paper we introduce basic principles of the Seebeck effect phenomenon, which induce power generation in Peltier modules. The benefits and weaknesses of thermoelectric generators are described as well as commercial applications and those still in development. In the project section there’s our main conception of TEG usage presented, which bases on the idea of utilization heat from roof’s surface that is heated by the Sun radiation. TEG is then powering a LED lightening system. The analysis of electric power demand, feasible power generation and economic results are also included.

8

Termoelektryczna generacja mocy elektrycznej wykorzystująca promieniowanie słoneczne : Przykłady zastosowań

Ruciński A.

Polska Energetyka Słoneczna

|

2017

|

nr 1-4

1--4

PL

Praca przedstawia teoretyczne podstawy termogeneracji prądu elektrycznego kosztem różnicy temperatury pomiędzy źródłem ciepła a otoczeniem. W zastosowaniach praktycznych jest to odpadowe źródło ciepła pozwalające zwiększać energooszczędność układów cieplnomechanicznych korzystających ze spalania paliw kopalnych lub promieniowania słonecznego. W artykule przypomniano zalety i wady materiałów termoelektrycznych, jednocześnie wskazując intensywny postęp w poszukiwaniu doskonalszych materiałów wykorzystywanych do budowy modułów termoelektrycznych np. półprzewodników pochodzenia organicznego. W artykule pokazano przykłady prototypowych urządzeń, w których do generacji prądu elektrycznego wykorzystuje się energię promieniowania słonecznego. Sprawność tego typu urządzeń już w tej chwili sięga kilkunastu procent.

9

Thermoelectric properties of Ni0.15Co3.85Sb12 and Fe0.2Ni0.15Co3.65Sb12 skutterudites prepared by HPHT method

Kong L., Ma H., Zhang Y., Guo X., Sun B., Liu B., Liu H., Liu B., Chen J., Jia X.

Materials Science Poland

|

2017

|

Vol. 35, No. 3

496--500

EN

N-type polycrystalline skutterudite compounds Ni0.15Co3.85Sb12 and Fe0.2Ni0.15Co3.65Sb12 with the bcc crystal structure were synthesized by high pressure and high temperature (HPHT) method. The synthesis time was sharply reduced to approximately half an hour. Typical microstructures connected with lattice deformations and dislocations were incorporated in the samples of Ni0.15Co3.85Sb12 and Fe0.2Ni0.15Co3.65Sb12 after HPHT. Electrical and thermal transport properties were meticulously researched in the temperature range of 300 K to 700 K. The Fe0.2Ni0.15Co3.65Sb12 sample shows a lower thermal conductivity than that of Ni0.15Co3.85Sb12. The dimensionless thermoelectric figure-of-merit (zT) reaches the maximal values of 0.52 and 0.35 at 600 K and 700 K respectively, for Ni0.15Co3.85Sb12 and Fe0.2Ni0.15Co3.65Sb12 samples synthesized at 1 GPa.

10

Synthesis and Characterization of Antimony Telluride for Thermoelectric and Optoelectronic Applications

Zybała R., Mars K., Mikuła A., Bogusławski J., Soboń G., Sotor J., Schmidt M., Kaszyca K., Chmielewski M., Ciupiński L., Pietrzak K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 2B

1067--1070

EN

Antimony telluride (Sb2 Te3 ) is an intermetallic compound crystallizing in a hexagonal lattice with R-3m space group. It creates a c lose packed structure of an ABCABC type. As intrinsic semiconductor characterized by excellent electrical properties, Sb2 Te3 is widely used as a low-temperature thermoelectric material. At the same time, due to unusual properties (strictly connected with the structure), antimony telluride exhibits nonlinear optical properties, including saturable absorption. Nanostructurization, elemental doping and possibilities of synthesis Sb2 Te3 in various forms (polycrystalline, single crystal or thin film) are the most promising methods for improving thermoelectric properties of Sb2Te3.Applications of Sb2 Te3 in optical devices (e.g. nonlinear modulator, in particular saturable absorbers for ultrafast lasers) are also interesting. The antimony telluride in form of bulk polycrystals and layers for thermoelectric and optoelectronic applications respectively were used. For optical applications thin layers of the material were formed and studied. Synthesis and structural characterization of Sb2 Te3 were also presented here. The anisotropy (packed structure) and its influence on thermoelectric properties have been performed. Furthermore, preparation and characterization of Sb2 Te3 thin films for optical uses have been also made.

11

Effect of Surfactant Addition on Bi2Te3 Nanostructures Synthesized by Hydrothermal Method

Dharmaiah P., Lee C. H., Madavali B., Hong S.-J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 2B

1005--1010

EN

In the present work, we have prepared Bi2Te3 nanostructures with different morphologies such as nano-spherical, nanoplates and nanoflakes obtained using various surfactant additions (EG, PVP, and EDTA) by a hydrothermal method. The shape of the nanoparticles can be controlled by addition of surfactants. The samples were characterized by x-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). It is found that the minority BiOCl phase disappears after maintained pH at 10 with EG as surfactant. SEM bulk microstructure reveals that the sample consists of fine and coarse grains. Temperature dependence of thermoelectric properties of the nanostructured bulk sample was investigated in the range of 300-450K. The presence of nanograins in the bulk sample exhibits a reduction of thermal conductivity and less effect on electrical conductivity. As a result, a figure of merit of the sintered bulk sample reached 0.2 at 400 K. A maximum micro Vickers hardness of 102 Hv was obtained for the nanostructured sample, which was higher than the other reported results.

12

Characterization of the starting materials for functionally graded thermoelectric materials for pseudobinary system of Bi2Te3-Sb2Te3

Januszko K., Chetty R., Mashimo T., Wojciechowski K.T.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 5-6

522--523

EN

Samples of Bi-Sb-Te system were prepared by solid state synthesis from pure elements, microstructure and thermoelectric properties were characterized. From obtained powders segmented samples were construct-ed in order to confirm change of the thermoelectric properties with composition. Segmented element is expected to have better efficiency.

PL

Próbki otrzymane w wyniku syntezy z czystych pier-wiastków zostały scharakteryzowane pod względem mikrostruktury i właściwości termoelektrycznych. Z otrzymanych proszków skonstruowano element seg-mentowy i potwierdzono zmianę właściwości termoelektrycznych ze zmianą składu chemicznego. Przewiduje się podwyższoną sprawność takiego elementu.

13

Мобильная теплоэлектрическая установка

Луков Н. М., Ромашкова О. Н., Космодамианский А. С.

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

|

2016

|

R. 17, nr 6

977--978

RU

В статье описываются схема и свойства теплоэнергетической установки, которая относится к мобильным теплоэлектрическим установкам, использующим тепловые двигатели внутреннего сгорания для привода генераторов переменного тока. Портативная теплоэлектрическая установка содержит тепловой двигатель внутреннего сгорания и электрический генератор переменного тока, установленные в общем корпусе. Соединенные между собой штоком с кольцевыми канавками поршни совершают возвратно-поступательные движения. Сердечники обмотки статора генератора выполнены кольцевыми двутаврового сечения, кольцевые магниты охватывают шток с поршнями, кольцевые магниты генерируют переменный электрический ток в электрической обмотке статора генератора. Описанная система обладает повышенной надежностью по сравнению с известными мобильными теплоэлектрическими установками подобного типа.

14

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.

15

Materiały termoelektryczne w urządzeniach chłodniczych i generatorach prądu elektrycznego

Ruciński A.

Chłodnictwo : organ Naczelnej Organizacji Technicznej

|

2013

|

R. 48, nr 10

14--16

PL

W pracy przypomniano miejsca zastosowania materiałów termoelektrycznych w szeroko rozumianej technice chłodniczej. Pokazano nowe materiały oraz możliwość zastosowania modułów termoelektrycznych w generatorach prądu elektrycznego wykorzystujących ciepło odpadowe pochodzące z odnawialnych i nieodnawialnych źródeł energii. Opisano najnowsze rozwiązania technologiczne, które mają szanse na przyszłe ich zastosowanie w motoryzacji i tych dziedzinach techniki, w których przetwarzane są różne formy energii.

EN

The paper reminds the application area of thermoelectric materials in cooling and refrigeration technologies. The new materials are presented and the possibility of using thermoelectric modules in electricity generators in which waste heat from renewable and non-renewable energy sources is used. The latest technological developments are described that have a chance for their future use in automotive and energy conversion technologies.

16

Wytwarzanie materiałów termoelektrycznych na osnowie związku Bi2Te3 techniką spiekania plazmowego

Wrona A., Staszewski M., Mazur J., Kamińska M., Lis M., Osadnik M., Bilewska K.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2012

|

R. 57, nr 11

765-770

PL

Analizowano możliwość otrzymywania związków międzymetalicznych Bi2Te3, Bi0,4Sb1,6Te3 i Bi2Te2,95Se0,05 za pomocą metody łączącej mechaniczną syntezę i iskrowe spiekanie plazmowe. Stwierdzono, że już samo mechaniczne stopowanie umożliwia otrzymanie związków Bi2Te3 i Bi2Te2,95Se0,05 w czystej postaci. W stopie o składzie Bi0,4Sb1,6Te3 dopiero spiekanie plazmowe powoduje pełne przereagowanie stopowanych metali. Konsolidacja otrzymanych proszków, metodą spiekania plazmowego w określonych warunkach, umożliwia zachowanie ich struktury nanokrystalicznej, uzyskanej podczas mechanicznego stopowania.

EN

A possibility of synthesis of Bi2Te3, Bi0.4Sb1.6Te3 and Bi2Te2.95Se0.05 intermetallic compounds through a method that combines mechanical alloying with spark plasma sintering was analyzed. It has been found that mechanical alloying already enables obtaining pure Bi2Te3 and Bi2Te2.95Se0.05 compounds. However, for Bi0.4Sb1.6Te3 alloy spark plasma sintering is necessary to complete reaction between mechanically alloyed metals. Additionally consolidation of mechanically alloyed powders under specific conditions using spark plasma sintering preserves their nanocrystalline structure obtained during mechanical alloying.

17

Nowoczesne materiały termoelektryczne - przegląd literaturowy

Królicka A., Hruban A., Mirowska A.

Materiały Elektroniczne

|

2012

|

T. 40, nr 4

19-34

PL

Odkrycie na początku XXI wieku nowych zjawisk oraz innowacyjnych metod wytwarzania pozwoliło na znaczny rozwój dziedziny materiałów termoelektrycznych oraz ich zastosowań. Rozwój ten idzie w parze z coraz większymi wymaganiami dotyczącymi pozyskiwania energii w wyniku eksploatacji paliw kopalnych i globalnego dążenia do zniwelowania tego zjawiska na rzecz rozwoju i wdrożenia odnawialnych źródeł energii. Artykuł stanowi przegląd aktualnej wiedzy na temat materiałów termoelektrycznych i zawiera: rys historyczny, podział materiałów, zjawiska występujące w termoelektrykach, metody ich wytwarzania, opis ich przydatności do budowy elementów termoelektrycznych oraz możliwości zastosowań. Podano również zalety technologii materiałów termoelektrycznych w porównaniu z innymi metodami odnawialnymi.

EN

The discovery of new phenomena and innovative methods of production at the beginning of the 21st century has led to significant growth in the field of thermoelectric materials and their applications. The said progress is inextricably linked with new requirements for energy production as a result of fossil fuel depletion and global efforts to overcome this problem by developing and implementing renewable energy sources. This article provides an overview of current knowledge about thermoelectric materials including: the historical background, division of materials and phenomena in thermoelectrics, methods for their preparation, description of their suitability for the construction of thermoelectric elements and possible applications. The advantages of the thermoelectric technology are compared with those of other renewable methods.

18

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.

19

Złącza CoSb3/Cu z barierami dyfuzyjnymi otrzymanymi techniką rozpylania magnetronowego

Zybała R., Mania R., Wojciechowski K.

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 1

65-69

PL

Przedmiotem pracy jest opracowanie złącz kontaktowych pomiędzy półprzewodnikowym materiałem termoelektrycznym CoSb3, a elektrodą miedzianą oraz dobór odpowiednich warstw ochronnych hamujących procesy dyfuzji na granicy złącz. Złącza CoSb3/Cu wytwarzane były techniką lutowania rezystancyjnego w atmosferze gazów ochronnych (90% Ar + 10% H2) z użyciem lutów Ag-Cu. Bariery dyfuzyjne (Ni, Mo, Cr80Si20) nanoszono metodą rozpylania magnetronowego na elementy wykonane z polikrystalicznego CoSb3. Mikrostrukturę oraz skład chemiczny złącz badano za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego (SEM) z rentgenowskim analizatorem dyspersji energii EDX. Badania parametrów elektrycznych złącz kontaktowych takich jak rezystancja, charakterystyki prąd-napięcie, wykonano na specjalnie przygotowanym do tego celu stanowisku pomiarowym. Przeprowadzono pomiary współczynników rozszerzalności cieplnej materiału termoelektrycznego oraz lutowia.

EN

The goal of the present work was to develop the junctions between CoSb3 semiconducting thermoelectric material and a copper electrode,as well as the selection of appropriate protective layers, which inhibit diffusion processes at a junctions area. The CoSb3/Cu junctions were formed by resistance soldering technique in the protective atmosphere of 90% Ar + 10% H2, using Ag-Cu based solders. Diffusion layers (Ni, Mo, Cr80Si20) were prepared by magnetron sputtering technique and deposited on polycrystalline element made of CoSb3. The microstructural properties and chemical compositions of the junction area were analyzed by a scanning electron microscope (SEM) equipped with energy-dispersive X-ray analyzer (EDX). Measurements of electrical properties of the junctions such as resistance and current–voltage characteristics were performed on an apparatus designed especially for this purpose. Thermal expansion coefficients of the thermoelectric material and the solder were also characterized.

20

Structural and thermoelectric properties of AgSbSe2-AgSbTe2 system

Schmidt M, Zybała R., Wojciechowski K. T.

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 4

465-470

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.