1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 12, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 12, стр. 1365-1371

Термоэлектрические свойства манганитов Ca0.5−xSr0.5LuxMnO3−δ

Е. И. Константинова 1, В. А. Литвинов 1, М. А. Рыжков 1, 2, А. Д. Коряков 1, И. А. Леонидов 1, *

1 Институт химии твердого тела УрО Российской академии наук
620108 Екатеринбург, ул. Первомайская, 91, Россия

2 Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина
620002 Екатеринбург, ул. Мира, 19, Россия

* E-mail: i.a.leonidov@urfu.ru

Поступила в редакцию 25.07.2023
После доработки 25.10.2023
Принята к публикации 26.10.2023

Аннотация

На основе результатов измерений удельной электропроводности (σ), коэффициента Зеебека (S), термического расширения, теплоемкости и температуропроводности на воздухе в температурном диапазоне 300–1200 K определены теплопроводность (κ), фактор мощности (S2σ) и термоэлектрическая добротность (ZT = S2σT/κ) манганитов Ca0.5−xSr0.5LuxMnO3−δ, где x = 0.05, 0.10, 0.15 и 0.20. Установлено, что наибольшие S2σ и ZT имеет состав Ca0.45Sr0.5Lu0.05MnO3−δ, благодаря высоким значениям S и низкой κ.

Ключевые слова: перовскитоподобные манганиты, электропроводность, коэффициент Зеебека, теплоемкость, термическое расширение

Список литературы

  1. Ni C., Irvine J.T.S. Calcium Manganite as Oxygen Electrode Materials for Reversible Solid Oxide Fuel Cell // Faraday Discuss. 2015. V. 182. P. 289–305. https://doi.org/10.1039/C5FD00026B

  2. Porras-Vazquez J.M., Losilla E.R., Keenan P.J., Hancock C.A., Kemp T.F., Hanna J.V., Slater P.R. Investigation into the Effect of Si Doping on the Performance of Sr1−yCayMnO3−δ SOFC Cathode Materials // Dalton Trans. 2013. V. 42. P. 5421–5429. https://doi.org/10.1039/C3DT32561J

  3. da Silva F.S., de Souza T.M. Novel Materials for Solid Oxide Fuel Cell Technologies: A Literature Review // Int. J. Hydrogen Energy. 2017. V. 42. P. 26020–26036. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.08.105

  4. Sun C., Hui R., Roller J. Cathode Materials for Solid Oxide Fuel Cells: a Review // J. Solid State Electrochem. 2010. V. 14. P. 1125–1144. https://doi.org/10.1007/s10008-009-0932-0

  5. Esaka T., Morimoto H., Iwahara H. Nonstoichiometry in Perovskite-Type Oxide Cal−xCexMnO3−δ and Its Properties in Alkaline Solution // J. Appl. Electrochem. 1992. V. 22. P. 821–824. https://doi.org/10.1007/BF01023724

  6. Lucas C., Eiroa I., Nunes M.R., Russo P.A., Ribeiro Carrott M.M.L., da Silva Pereira M.I., Melo Jorge M.E. Preparation and Characterization of Ca1−xCexMnO3 Perovskite Electrodes // J. Solid State Electrochem. 2009. V. 13. P. 943–950. https://doi.org/10.1007/s10008-008-0630-3

  7. Wang Y., Sui Y., Wang X., Su W. Effects of Substituting La3+, Y3+ and Ce4+ for Ca2+ on the High Temperature Transport and Thermoelectric Properties of CaMnO3 // J. Phys. D: Appl. Phys. 2009. V. 42. P. 055010. https://doi.org/10.1088/0022-3727/42/5/055010

  8. Bhaskar A., Liu C.-J., Yuan J.J. Thermoelectric and Magnetic Properties of Ca0.98RE0.02MnO3−δ (RE = Sm, Gd, and Dy) // J. Electron. Mater. 2012. V. 41. P. 2338–2344. https://doi.org/10.1007/s11664-012-2159-6

  9. Löhnert R., Töpfer J. Enhancing the Thermoelectric Properties of CaMnO3−δ Via Optimal Substituent Selection // J. Solid State Chem. 2022. V. 315. P. 123437. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2022.123437

  10. Madre M.A., Amaveda H., Dura O.J., Pelloquin D., Mora M., Torres M.A., Marinel S., Sotelo A. Effect of Y, La, and Yb Simultaneous Doping on the Thermal Conductivity and Thermoelectric Performances of CaMnO3 Ceramics // J. Alloys Compd. 2023. V. 954. P. 170201. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.170201

  11. Ohtaki M. Recent Aspects of Oxide Thermoelectric Materials for Power Generation from Mid-to-High Temperature Heat Source // J. Ceram. Soc. Jpn. 2011. V. 119. P. 770–775. https://doi.org/10.2109/jcersj2.119.770

  12. Okuda T., Fujii Y. Cosubstitution Effect on the Magnetic, Transport, and Thermoelectric Properties of the Electron-Doped Perovskite Manganite CaMnO3 // J. Appl. Phys. 2010. V. 108. P. 103702. https://doi.org/10.1063/1.3505756

  13. Chimaissem O., Dabrowski B., Kolesnik S., Mais J., Brown D.E., Kruk R., Prior P., Pyles B., Jorgensen J.D. Relationship between Structural Parameters and the Néel Temperature in Sr1−xCaxMnO3 (0 ≤ x ≤ 1) and Sr1−yBayMnO3 (y ≤ 0.2) // Phys. Rev. B. 2001. V. 64. P. 134412. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.64.134412

  14. Kraus W., Nolze G. PowderCell for Windows – Version 2.4 – Structure Visualisation/Manipulation, Powder Pattern Calculation and Profile Fitting, Federal Institute for Materials Research and Testing. Berlin, 2000.

  15. Cusack N., Kendall P. The Absolute Scale of Thermoelectric Power at High Temperature // Proc. Phys. Soc. 1958. V. 72. P. 898–901. https://doi.org/10.1088/0370-1328/72/5/429

  16. Shannon R.D. Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomie Distances in Halides and Chaleogenides // Acta Crystallogr., Sect. A. 1976. V. 32. P. 751–767. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551

  17. Bosman I.G., Daal H.J. Small-Polaron Versus Band Conduction in Some Transition-Metal Oxides // Adv. Phys. 1970. V. 19. P. 1–117. https://doi.org/10.1080/00018737000101071

  18. Федорова О.М., Ведмидь Л.Б., Балакирева В.Б., Воротников В.А., Балакирев В.Ф. Влияние концентрации бария на структурные свойства и электропроводность твердых растворов Pr1−xBaxMnO3 (x = 0, 0.15, 0.25) // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 4. С. 412–418. https://doi.org/10.31857/S0002337X21040047

  19. Hundley M.F., Neumeier J.J. Thermoelectric Power of La1−xCaxMnO3+δ: Inadequacy of the Nominal Mn3+/4+ Valence Approach // Phys. Rev. B. 1997. V. 55. P. 11511–11515. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.55.11511

  20. Moskvin A.S. Disproportionation and Electronic Phase Separation in Parent Manganite LaMnO3 // Phys. Rev. B. 2009. V. 55. P. 115102. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.115102

  21. Леонидов И.А., Константинова Е.И., Патракеев М.В., Марков А.А., Кожевников В.Л. Коэффициент Зеебека в парамагнитных манганитах Ca1−хPrхMnO3−δ // Неорган. материалы. 2017. Т. 53. № 6. С. 594–600. https://doi.org/10.1134/S0020168517060097

  22. Austin I.G., Mott N.F. Polarons in Crystalline and Non-Crystalline Materials // Adv. Phys. 2001. V. 50. P. 757–812. https://doi.org/10.1080/00018736900101267

  23. Konstantinova E.I., Ryzhkov M.A., Leonidova O.N., Litvinov V.A., Leonidov I.A. Influence of Holmium Doping and Oxygen Nonstoichiometry on the Transport Properties of Perovskite-Type Ca0.6−xSr0.4HoxMnO3−δ // J. Solid State Electrochem. 2023. https://doi.org/10.1007/s10008-023-05386-0

  24. Konstantinova E.I., Leonidov I.A., Markov A.A., Samigullina R.F., Chukin A.V., Leonidov I.I. The Impact of Morphotropy and Polymorphism on Electric Properties of Manganites: the Case of Sr0.5Ca0.5Mn1−xVxO3 // J. Mater. Chem. A. 2020. V. 8. P. 16497–16505. https://doi.org/10.1039/d0ta03731a

  25. Konstantinova E.I., Leonidova O.N., Chukin A.V., Leonidov I.A. Thermal Expansion and Phase Transitions in Sr0.5Ca0.5Mn1−xVxO3 Perovskites // Mater. Lett. 2021. V. 283. P. 128803. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.128803

  26. Thiel P., Populoh S., Yoon S., Saucke G., Rubenis K., Weidenkaff A. Charge-Carrier Hopping in Highly Conductive CaMn1−xMxO3−δ Thermoelectrics // J. Phys. Chem. C. 2015. V. 119. P. 21860–21867. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b05882

  27. Thiel P., Eilertsen J., Populoh S., Saucke G., Döbeli M., Shkabko A., Sagarna L., Karvonen L., Weidenkaff A. Influence of Tungsten Substitution and Oxygen Deficiency on the Thermoelectric Properties of CaMnO3−δ // J. Appl. Phys. 2013. V. 114. P. 243707. https://doi.org/10.1063/1.4854475

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал