Διαμορφωμένες δομές στο σύστημα (Bi-Te-Ge)
Creators: name: Στεργιούδη, Φανή Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Διαμορφωμένες δομές
Ηλεκτρονική μικροσκοπία διερχομένης δέσμης (ΤΕΜ)
Νανοδομή
Φασματοσκοπία διασποράς ενέργειας (EDS)
Θερμοηλεκτρικές ιδιότητες
Bi2Te3
Modulated structures
Transmission electron microscopy (TEM)
Nanostructure
Energy dspersive spectrometry (EDS)
Thermoelectric properties

description: Τo Bi2Te3 έχει ρομβοεδρική κρυσταλλική δομή με ομάδα συμμετρίας . Το πλέγμα μπορεί να θεωρηθεί ως εξαγωνική στρωματική δομή στην οποία η μοναδιαία κυψελίδα αποτελείται από μια σειρά από τρεις «ομάδες» κάθε μια αποτελείται από πέντε ξεχωριστά και διακριτά ατομικά στρώματα με σειρά Te1-Bi-Te2-Bi-Te1. Η προσθήκη Ge σε ενώσεις Bi2Te3 οδηγεί σε δομές, που μπορούν να θεωρηθούν ως μονοδιάστατοι κρύσταλλοι (quasi crystals) οι οποίοι αποτελούνται από δύο βασικές δομικές μονάδες 5 και 7 ατομικών στρωμάτων, ενώ παράλληλα εμφανίζουν ενδιαφέρουσες θερμοηλεκτρικές ιδιότητες. Δείγματα από κρυστάλλους Bi2Te3Gex με το x να κυμαίνεται από 0.18 έως 0.26 μελετήθηκαν με ηλεκτρονική μικροσκοπία διερχόμενης δέσμης. Εκτός όμως από τις κυρίαρχες και γνωστές διαμορφώσεις κατά μήκος του άξονα c-Bi2Te3, εμφανίζονται και άλλες διαμορφωμένες φάσεις οι οποίες προκαλούν τη διάσπαση των κηλίδων σε διευθύνσεις που σχηματίζουν γωνία 45ο με τον άξονα c. Ο σχηματισμός αυτών των δορυφορικών κηλίδων συσχετίζεται με δομικές διαμορφώσεις, που εκτείνονται σε ολόκληρη την περιοχή των δειγμάτων, προκαλώντας τοπική πλαστική παραμόρφωση στο κρυσταλλικό πλέγμα της ένωσης, όπως διακρίνεται από τις εικόνες υψηλής διακριτικής ικανότητας (ΗRTEM εικόνες). Η φύση των διαμορφώσεων αναλύθηκε και αποδόθηκε σε πεδίο τάσεων το όποιο αναπτύσσεται λόγω ενός δικτύου εξαρμόσεων που παρατηρείται στις διεπιφάνειες των διαμορφώσεων. Μετρήσεις EDS έδειξαν ότι στο δίκτυο των εξαρμόσεων εμφανίζεται ελαφρώς μεγαλύτερο ποσοστό Ge. Παρόλα αυτά η χημική αυτή διακύμανση αποτελεί δευτερεύοντα μηχανισμό σχηματισμού των διαμορφώσεων. Οι διαμορφώσεις αποτελούν μια ενδιάμεση κατάσταση κατά τον μετασχηματισμό από κρυσταλλικό σε άμορφο υλικό, λόγω της τάσης των ενώσεων του Τe να σχηματίζουν άμορφες φάσεις, ενώ η παρουσία τους μπορεί να ελεγχθεί μέσω των θερμικών διεργασιών που υφίσταται το δείγμα. Το πεδίο τάσεων που συνδέεται με τις διαμορφώσεις ευνοεί την απόδοση των συγκεκριμένων θερμοηλεκτρικών υλικών καθώς οδηγεί σε μείωση της θερμικής αγωγιμότητας λόγω σκέδασης των φωνονίων και σε ανισοτροπικούς συντελεστές μεταφοράς θερμότητας.
description: Bi2Te3 is a rhombohedral layered structure with three five-layer groups with the sequence Te1–Bi–Te2–Bi–Te1 and space group . For compounds such as Bi2Te3 doping with Ge leads to the formation of continuous series of 1D superstructures that are built up of sequences of five- and seven-layer lamellae. Despite the importance of the material for thermoelectric applications no systematic microstructural investigations can be found in the literature for Bi2Te3 materials and related systems. Specimens suitable for cross-section observations (with the electron beam parallel to the layer planes) were prepared from crystals of Bi2Te3Gex with x taking the values of 0.18 and 0.26 and subsequently thinned by ion beam bombardment in order to be studied by means of electron microscopy techniques. The diffraction pattern yields an easily recognizable fine structure. However, apart from the known modulated superstructures along the c-Bi2Te3 other incommensurately modulated phases exist and cause the splitting of the spots along directions non-parallel to the c-axis. This splitting is correlated with a structural modulation, which is present in all parts of the sample in the form of a displacement field, as it is revealed by the HRTEM images. The nature of the structural modulation was analyzed and was attributed to a network of dislocations that deforms plastically the crystal structure. Measurements with EDS revealed a small amount of inhomogeneous chemical composition of Ge but this chemical modulation can only be considered as a secondary mechanism for the formation of the modulations. However, the modulations might be regarded as an intermediate state between pure crystalline and amorphous due to the tendency of Te compounds to form amorphous phases and its presence might be controlled by the thermal history of the sample. Nevertheless, the modulations seem to reduce the thermal conductivity of the materials due to the scattering of the phonons that leads to anisotropic transport coefficients enhancing thus the thermoelectric efficiency of the material.