LFZ yöntemiyle üretilen potasyum (K) katkılı Bi2Ca2Co2Oy seramiğinin termoelektrik özelliklerinin araştırılması

Abstract

Bu çalışmada, termoelektrik BiCa 2-x K x Co 2 O y seramik malzemeler (x = 0,0;0,05;0,075; 0,10 ve 0,125) için farklı formlarda (bulk, as-grown ve fiber olarak) klasik katı hal yöntemi ile üretilmiş ve lazer yüzer bölge (LFZ) tekniği uygulanmıştır. Tüm numunelerin XRD kırınım desenleri benzerdir, ana pikler termoelektrik faza karşılık gelmekte olup, az miktarda da ikincil faz gözlemlenmiştir. SEM-EDS sonuçları, bulk örnekteki farklı boyutlarda ve rastgele olan tanecik yapısının, as-grown ve fiber örneklerde LFZ yöntemi kullanılarak yönlendirilmesini sağlamıştır. Ayrıca LFZ uygulaması ile oluşan uyumsuz erimeye bağlı olarak as-grown örneklerde oluşan yüksek miktardaki ikincil fazlar sinterleme ile ve K-katkısı ile azaltılmıştır. Mikroyapısal değişim, elektriksel özelliklere yansımış ve en düşük özdirenç değerleri sinterlenmiş K-katkılı fiber örneklerde bulunmuştur. Seebeck katsayısı her durumda pozitiftir ve p-tipi iletim mekanizmasını oluşturmuştur. Sonuç olarak, 0.075 K katkılı sinterlenmiş fiber örneklerde elde edilen en yüksek PF değeri 0,11 mW/K 2 m olarak elde edilmiştir.

In this study, thermoelectric Bi 2 Ca 2-x K x Co 2 O y ceramic materials (x=0.0; 0.05; 0.075; 0.10 and 0.125) in different forms (called bulk, as-grown and annealed fibers) have been manufactured via a classical solid-state method and textured using the laser floating zone (LFZ) technique. XRD patterns of all samples are similar, with major peaks associated to the Bi 2 Sr 2 Co 1.8 O y thermoelectric phase, independently of the processing technique and K-doping. SEM-EDS investigations show that randomly oriented plate like grains of different sizes in bulk sample evolves to longer and well-oriented grain structure through K-doping and LFZ. The high amount of secondary phases formed in the as-grown samples, due to the incongruent melting of this compound, is reduced by annealing and further reduced by K-doping. The microstructural evolution is reflected on the electrical properties, and the lowest resistivity values were found in the annealed K-doped fibers. Seebeck coefficient is positive in all cases, pointing out to p-type conduction mechanism. As a result, these modifications led to power factor (PF) values up to 0.11 mW/K 2 m, obtained in 0.075 K-doped annealed fibers.