Дата публикации: 2020

DOI: 10.22226/2410-3535-2020-4-439-444

В работе представлены и обсуждаются результаты экспериментальных исследований электронной проводимости и термо-э.д.с., коэффициента теплопроводности образцов сплавов KxCu2-xS (x = 0.1, 0.2, 0.25) в интервале температур от 30 до 420°С. По результатам рентгенофазового анализа сплавы представляют собой смесь различных фаз сульфида меди: кубической Fm-3m фазы Cu1.84S, кубической Fm-3m фазы Cu2S, ромбоэдрической R-3m фазы Cu17S9 и метастабильной тетрагональной P43212 фазы Cu2S. Дифференциальная сканирующая термометрия выявила эндотермический пик, растянутый от 84 до 102°С, вызванный фазовыми переходами из ромбоэдрической и тетрагональной фаз в гексагональную фазу сульфида меди. В области температур выше комнатной для всех образцов наблюдается полупроводниковый характер проводимости, который затем сменяется на металлический (выше 102°С, 93°С и 270°С для сплавов К0.1Cu1.9S, К0.2Cu1.8S, К0.25Cu1.75S соответственно). Энергия активации проводимости составляет 0.16, 0.22 и 0.39 эВ для К0.1Cu1.9S, К0.2Cu1.8S и К0.25Cu1.75S соответственно. В области от 130 до 270°С энергия активации у сплава К0.25Cu1.75S снижается до 0.16 эВ. Аномально высокий пик коэффициента термо-э.д.с., наблюдаемый в изучаемых сплавах при 360 - 380°С, может быть обусловлен суперионным фазовым переходом из гексагональной в кубическую фазу тех фракций сплава, которые при комнатной температуре находились в ромбоэдрической (Cu17S9) и тетрагональной (Cu2S) модификациях, и затем трансформировались в гексагональные модификации Cu17S9 и Cu2S соответственно при 84 и 93°С. Для состава K0.2Cu1.8S выше 300°С наблюдались сильный рост коэффициента термо-э.д.с. (до 4 мВ / K) и снижение теплопроводности (от 0.87 до 0.4 Вт / м·К), приводящие к очень высокому пиковому значению безразмерной термоэлектрической эффективности ZT = 3.5 при 380°С, что важно для возможных технических приложений.

Издатель: Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук (Уфа)

Тип: Article

Publication date: 2020

DOI: 10.22226/2410-3535-2020-4-439-444

The paper presents and discusses the results of experimental studies of the electronic conductivity, Seebeck coefficient and thermal conductivity of KxCu2-xS alloys (x = 0.1, 0.2, 0.25) in the temperature range from 30 to 420°C. According to the results of X-ray phase analysis, the alloys are mixtures of various phases of copper sulfide: the cubic Fm-3m phase Cu1.84S, cubic Fm-3m phase Cu2S, rhombohedral R-3m phase Cu17S9, and metastable tetragonal P43212 phase Cu2S. Differential scanning thermometry determined an endothermic peak extended from 84 to 102°C, caused by phase transitions from the rhombohedral and tetragonal phases to the hexagonal copper sulfide phase. In the temperature range above room temperature, a semiconducting character of conductivity is observed for all samples, which then changes to metallic one (above 102°C, 93°C and 270°C for K0.1Cu1.9S, K0.2Cu1.8S, K0.25Cu1.75S compositions respectively). The activation energies for the electronic conduction are 0.16, 0.22, and 0.39 eV for K0.1Cu1.9S, K0.2Cu1.8S, K0.25Cu1.75S, respectively. In the range from 130 to 270°C, the activation energy for the K0.25Cu1.75S alloy decreases to 0.16 eV. The anomalously high peak of Seebeck coefficient observed for the studied alloys at 360 - 380°C may be caused by the superionic phase transition from the hexagonal to the cubic phase in those fractions of the alloys, which were in the rhombohedral (Cu17S9) and tetragonal (Cu2S) modifications at a room temperature, and then transformed into hexagonal modifications Cu17S9 and Cu2S, respectively, at 84 and 93°C. For the K0.2Cu1.8S composition above 300°C, a strong jump in Seebeck coefficient (up to 4 mV / K) was observed and a decrease in thermal conductivity (from 0.87 to 0.4 W ∙ m-1 ∙ K-1), leading to the very high peak value of the dimensionless thermoelectric figure of merit ZT = 3.5 at 380°C, which is important for possible technical applications.

Издатель: Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук (Уфа)

Тип: Article