Полупроводники

Проблемы увеличения термоэлектрической эффективности поликристаллической керамики несоразмерных слоистых соединений на примере (Gd$_x$Dy$_{1-x}$S)$_z$NbS$_2$

В. В. Баковец, А. В. Сотников

Институт неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН, Новосибирск, Россия

Аннотация: Изучено влияние нарушений кристаллической решетки различной архитектуры и размерности на термоэлектрические свойства (коэффициент Зеебека $S$, удельное сопротивление $\rho$, полная теплопроводность $\kappa_{\mathrm{tot}}$, коэффициент мощности $S^2/\rho$, добротность $ZT$) поликристаллических тройных сульфидов MTS$_3$. В качестве объектов исследования выбраны высокотемпературные несоразмерные слоистые соединения (МS)$_z$NbS$_2$, где МS – твердые растворы Gd$_x$Dy$_{1-x}$S. Варьирование концентрации гадолиния по ряду $x$ = 0.0, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0 позволило изменить ближний и дальний порядки кристаллической решетки и изучить их влияние на термоэлектрические параметры (Gd$_x$Dy$_{1-x}$S)$_z$NbS$_2$. При низкой концентрации $x$ = 0.1 размер кристаллитов увеличивается, что приводит к уменьшению деформационных напряжений и, тем самым, к аномальному изменению значений $S$, $\rho$, $\kappa_{\mathrm{tot}}$ и уменьшению $ZT$. Увеличение концентрации гадолиния ($x$ = 0.2 – 0.5) изменяет электронную структуру и характер межатомной связи несоразмерных подрешеток [Gd$_x$Dy$_{1-x}$S] и [NbS$_2$]. При этом значения $S$ и $\rho$ остаются практически неизменными, в то время как величина теплопроводности $\kappa_{\mathrm{tot}}$ уменьшается на 40%, а $ZT$ увеличивается в 2 раза. Обсуждена природа этих эффектов и анизотропии термоэлектрических свойств.

Ключевые слова: соединения с несоразмерными решетками, термоэлектрические свойства, нарушения порядка решетки, твердые растворы, границы кристаллитов.

Поступила в редакцию: 27.10.2022
Исправленный вариант: 30.11.2022
Принята в печать: 30.11.2022

DOI: 10.21883/FTT.2023.02.54290.508

Реферативные базы данных:

•