Μηχανοσύνθεση και χαρακτηρισμός σύνθετων θερμοηλεκτρικών οξειδίων κοβαλτίου
Creators: name: Πασχαλίδης, Ιορδάνης Φωτίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2014
Subjects: Μηχανοσύνθεση
Θερμοηλεκτρικά
Οξείδια κοβαλτίου
Mechanical composition
Thermoelectric
Cobalt oxides

description: Σύμφωνα με την πρόσφατη βιβλιογραφία, πολλά οξείδια του κοβαλτίου φαίνεται να έχουν πολύ καλές προοπτικές για χρήση ως θερμοηλεκτρικά υλικά. Μάλιστα, η προσθήκη προσμίξεων ενδέχεται να βελτιώνει την απόδοση του υλικού. Στην παρούσα εργασία έγινε μηχανοσύνθεση και χαρακτηρισμός σύνθετων θερμοηλεκτρικών οξειδίων κοβαλτίου και συγκεκριμένα του συστήματος (Ca2CoO3)p(CoO2) των κοβαλτιτών με ατελώς προσαρμοσμένη διαστρωμάτωση (Misfit-Layered Cobaltites - MLC). Επικεντρωθήκαμε στο σύστημα (Ca2CoO3)p(CoO2) επειδή φαίνεται ότι παρουσιάζει τον καλύτερο συνδυασμό θερμοηλεκτρικών ιδιοτήτων και χημικής σταθερότητας στην περιοχή των μέσων θερμοκρασιών από τους 150oC μέχρι τους 800oC. Παρασκευάστηκαν δισκία με μια απλούστερη παραλλαγή της μεθόδου της αντίδρασης στερεάς κατάστασης (Solid State Reaction - SSR) με ανόπτηση σε διάφορες θερμοκρασίες. Τα δείγματα χαρακτηρίστηκαν μορφολογικά και δομικά με τις τεχνικές της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM) και της περίθλασης των ακτίνων-Χ (XRD). Διαπιστώθηκε ότι οι επιθυμητές φάσεις εμφανίζονται σε θερμοκρασίες ανόπτησης μικρότερες των 850oC. Ακολούθως, έγινε χαρακτηρισμός με τις τεχνικές Van der Pauw και Hall των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των καταλληλότερων δειγμάτων του συστήματος, που αφορούσε την ειδική αντίσταση, καθώς και τη συγκέντρωση και την ευκινησία των φορέων. Διαπιστώθηκε ότι το δείγμα με την καλύτερη ηλεκτρική αγωγιμότητα ήταν αυτό που είχε υποστεί θερμική κατεργασία στους 820οC και επομένως ακολούθησαν μετρήσεις θερμικής αγωγιμότητας του συγκεκριμένου δείγματος. Οι μετρήσεις θερμικής διαχυτότητας έγιναν με τη μέθοδο της ανάλυσης με παλμούς Λέιζερ (Laser Flash Analysis – LFA), σε εύρος θερμοκρασιών από 25oC ως 220οC. Τέλος, προσδιορίστηκε ο βαθμός απόδοσης (Figure of merit) του υλικού σε θερμοκρασία δωματίου, ZΤ = 0.01.
description: According to recent literature, complex cobalt oxides seem to have high potential perspectives for use as thermoelectric materials. Furthermore, it is possible to increase the efficiency of the material with the addition of impurities. In the present study, we have accomplished mechanical synthesis and characterization of composite thermoelectric cobalt oxides, and in particular oxides of the (Ca2CoO3)p(CoO2) Misfit-Layered Cobaltites (MLC) system. We focused on the specific system, since it seems to exhibit the best combination of thermoelectric properties and chemical stability at middle-range temperatures from 150oC up to 800oC. We have prepared pellets employing a simpler variant of the Solid State Reaction (SSR) method under a variety of annealing temperatures. The samples were morphologically and structurally characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-ray Diffraction (XRD). It was determined that the most expedient crystal phases occurred at annealing temperatures lower than 850oC. Subsequently, electrical characterization with the Van der Pauw and Hall techniques were utilized to determine the specific resistance, the carrier concentration and the carrier mobility of selected samples. It was deduced that the optimum annealing temperature for the acquisition of the highest electrical conductivity sample is the 820οC, and thus the specific sample was thermally characterized in order to assess its thermal conductivity. Thermal diffusivity measurements were performed with the Laser Flash Analysis method within the temperature range of 25oC to 220οC. Finally, we defined the Figure of Merit of the material at room temperature, as ZΤ = 0.01.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)