ВЕСТНИК
Башкирского университета

ENGLISH
Главная Авторам Рецензентам Выпуски журнала Редколлегия Редакция Загрузить статью Подписка ISSN 1998-4812

Архив | Том 24, 2019, No. 4.

ВЛИЯНИЕ ДОПИРОВАНИЯ НАТРИЕМ НА ЭЛЕКТРОННУЮ ПРОВОДИМОСТЬ И КОЭФФИЦИЕНТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕРМО-ЭДС СУЛЬФИДА МЕДИ

Download
  • © М. Х. Балапанов

    Башкирский государственный университет

    Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди 32

  • © Р. Х. Ишембетов

    Башкирский государственный университет

    Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди 32

  • © А. М. Кабышев

    Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилева

    Республика Казахстан, 010008 г. Астана, ул. Мирзояна, 2

  • © М. М. Кубенова

    Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилева

    Республика Казахстан, 010008 г. Астана, ул. Мирзояна, 2

  • © К. А. Кутербеков

    Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилева

    Республика Казахстан, 010008 г. Астана, ул. Мирзояна, 2

  • © Ю. Х. Юлаева

    Башкирский государственный университет

    Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди 32

  • © Р. А. Якшибаев

    Башкирский государственный университет

    Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди 32

В работе исследовано влияние допирования натрием на перенос заряда и теплоты в сульфиде меди. Образцы были получены реакцией обмена в расплаве смеси гидрооксидов натрия и калия. Рентгенофазовый анализ показал, что при 20°С образцы Na0.3Cu1.6S, Na0.35Cu1.5S, Na0.4Cu1.55S представляют собой смесь фаз: моноклинного джарлеита Cu1.93S, ромбоэдрического дигенита Cu9S5 и гексагонального Na2S2. Размеры кристаллитов, полученные из анализа рентгеновских линий, составляют 32-67, 41-96 и 15-37 нм для образцов Na0.3Cu1.6S, Na0.35Cu1.5S и Na0.4Cu1.55S соответственно. В интервале 100-160°С все образцы проявляют полупроводниковый дырочный характер проводимости с энергией активации 0.15±0.01 эВ. Рост содержания натрия приводит к снижению проводимости, повышению коэффициента термо-ЭДС, уменьшению теплопроводности и к возрастанию термоэлектрической эффективности. Электрические свойства при температурах 20-300°С определяются фазами сульфида меди, включения из Na2S2 играют роль диэлектрика.

Ключевые слова:

  • сульфид меди
  • термоэлектрические материалы
  • электронная проводимость
  • коэффициент Зеебека
  • copper sulfide
  • thermoelectric materials
  • electronic conductivity
  • Seebeck coefficient

ЛИТЕРАТУРА

  1. Hirahara E. The Physical Properties of Cuprous Sulfides-Semiconductors // J. Phys. Soc. Jpn. 1951. Vol. 6. Pp. 422-427.
  2. Okamoto K. and Kawai Sh. Electrical Conduction and Phase Transition of Copper Sulfides // Japan. Journal of Applied Physics. 1973. Vol. 12. No 8. Pp. 1130-1138.
  3. Yakshibaev R. A., Balapanov M. K., Konev V. N. Ionic conductivity and diffusion in superionic conductor Cu2S // Fizika Tverdogo Tela (USSR) 1986. V. 28. Pp. 1566-1568.
  4. Tang Y. Q., Ge Z. H. and Feng J. Synthesis and Thermoelectric Properties of Copper Sulfides via Solution Phase Methods and Spark Plasma Sintering // Crystals. 2017. Vol. 7. No. 141. Pp. 1-10.
  5. Zheng L. J., Zhang B. P., Li H. Z., Pei J., Yu J.-B. CuxS superionic compounds: Electronic structure and thermoelectric performance enhancement // Alloys and Compounds. 2017. Vol. 722. Pp. 17-24.
  6. Иванов-Шиц А., Мурин И. Ионика твердого тела. Т. 2. СПб.: изд-во СПбГУ, 2009. 1000 с.
  7. Evans H. T. The crystal structures of low chalcocite and djurleite // Zeitschrift für Krist. 1979. Vol. 150. Pp. 299-320.
  8. Chakrabarti D. J., Laughlin D. E. The Cu-S (Copper-Sulfur) system // J. Phase Equilibria. 1983. Vol. 4(3). Pp. 254-271.
  9. Roseboom E. H. An investigation of the system Cu-S and some natural copper sulfides between 25o and 700oC // Econ. Geol. 1966. Vol. 61 Pp. 641-672.
  10. Will G., Hinze E. and Abdelrahman A. R. Crystal structure analysis and refinement of digenite, Cu1.8S, in the temperature range 20 to 500°C under controlled sulfur partial pressure // Eur. J. Miner. 2002. Vol. 14. Pp. 591-598.
  11. Iokota I. On the Theory of Mixed Conduction with Special Reference to Conduction in Silver Sulfide Group Semiconductors // J. Phys. Soc. Jpn. 1961. Vol. 16. Pp. 2213-2223.
  12. Marshall R. and Mitra S. S. Optical Properties of Cuprous Sulfide // Journal of Applied Physics. 1965. Vol. 36. Pp. 3882-3883.
  13. Ge Z.-H., Chong X., Feng D., Zhang Y.-X., Qiu Y., Xie L.,.Guan P.-W, Feng J., He J. Achieving an excellent thermoelectric performance in nanostructured copper sulfide bulk via a fast doping strategy // Mat. Today Phys. 2019. Vol. 8. Pp. 71-77.
  14. Guan M. J., Qiu P. F., Song Q. F., Yang J., Ren D. D., Shi X., Chen L.-D. Improved electrical transport properties and optimized thermoelectric figure of merit in lithium-doped copper sulfides // Rare Met. 2018. Vol. 37. Pp. 282-289.
  15. Balapanov M. Kh., Ishembetov R. Kh., Kuterbekov K. A., Nurakhmetov T. N., Urazaeva E. K., Yakshibaev R. A. Influence of the cation sublattice defectness on the electronic thermoelectric power of LixCu(2-x)-δS(x ≤ 0.25) // Inorganic Materials. 2014. Vol. 50. No 9. Pp. 930-933.
  16. Ishembetov R. Kh., Balapanov M. K., Yulaeva Y. K. Electronic Peltier effect in LixCu(2-x)-δS // Rus. J. Electrochem. 2011. Vol. 47. Pp. 416-419.
  17. Li X. Y., Hu C. G., Kang X. L., Len Q., Xi Y., Zhang K. Y., Liu H. Introducing kalium into copper sulfide for the enhancement of thermoelectric properties // J. Mater. Chem. A. 2013. Vol. 1(44) P. 13721.
  18. Ge Z. H., Liu X., Feng D., Lin J., He J. High-Performance Thermoelectricity in Nanostructured Earth-Abundant Copper Sulfides Bulk Materials // Adv. En. Mat. 2016. Vol. 6. P. 1600607.
  19. Balapanov M. Kh., Ishembetov R. Kh., Kuterbekov K. A., Kubenova M. M., Almukhametov R. F., and Yakshibaev R. A. Transport phenomena in superionic NaхCu2-хS (х = 0.05; 0.1; 0.15; 0.2) compounds // Ionics. 2018. Vol. 24. Pp. 1349-1356.
  20. Balapanov M. Kh., Kubenova M. M. , Kuterbekov K. A., Kozlovskiy A., Nurakov S. N., Ishembetov R. Kh., Yakshibaev R. A. Phase analysis, thermal and thermoelectric properties of nanocrystalline Na0.15Cu1.85S, Na0.17Cu1.80S, Na0.20Cu1.77S alloys // Eurasian J. Phys. and Func. Mat. 2018. Vol. 2. Pp. 231-241.
  21. Kubenova M. M., Kuterbekov K. A., Abseitov E. T., Kabyshev A. M., Kozlovskiy A., Nurakov S. N., Ishembetov R. Kh. and Balapanov M. Kh. Electrophysical and thermal properties of NaxCu2-xS (x = 0.05, 0.075, 0.10) and Na0.125Cu1.75S semiconductor alloys // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2018. Vol. 447. P. 012031.
  22. Wagner C. The Thermoelectric Power of Cells with Ionic Compounds Involving Ionic and Electronic Conduction // Progr. in Sol. Chem. Phys. 1972. Vol. 7. Pp. 1-37.
  23. Föppl H., Busmann E., Frorath F.-K. Die Kristallstrukturen von α-Na2S2 und K2S2, β-Na2S2 und Na2Se2 // Zeit. anorg. Chem. 2004. Vol. 314. No 1-2. Pp. 12-20.
  24. Momida H., Yamashita T. and Oguchi T. First-Principles Study on Structural and Electronic Properties of α-S and Na-S Crystals // J. Phys. Soc. Jpn. 2014. Vol. 83. P. 124-713.
  25. Sorokin G. P. and Paradenko A. P. Electrical properties of Cu2S // Izvestiya Vuzov. Fizika (USSR). 1966. No 5. Pp. 91-95.
  26. Guastavino F., Luquet H., Bougnot J. and Savelli M. Electrical properties of high digenite α-Cu2-yS (0 < y № 0.27) // J. Phys. Chem. Sol. 1975. Vol. 36. Pp. 621-622.
  27. Lukashev P., Lambrecht W. R. L., Kotani T., van Schilfgaarde M. Electronic and crystal structure of Cu2-xS: full-potential electronic structure calculations // Phys. Rev. B. 2007. Vol. 76. No 19. P. 195-202.
  28. Kashida S., Shimosaka W., Mori M., Yoshimura D. Valence band photoemission study of the copper chalcogenide compounds, Cu2S, Cu2Se and Cu2Te // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2003. Vol. 64. Pp. 2357-2363.

Copyright © Вестник Башкирского университета 2010-2019