Enhanced thermoelectric properties of samarium boride

خصوصیات ترموالکتریکی بهبود یافته در ساماریم بورید

ABSTRACT

SmB62 single crystals were successfully grown by the floating zone (FZ) method. The high-temperature thermoelectric properties were investigated, together with magnetic properties and specific heat at low-temperature. The electrical resistivity, ρ, shows variable-range-hopping (VRH) behavior with significantly lower values than other rare-earth RB62 (RB66) compounds. An effective magnetic moment, μeff, of 0.42 μB/Sm was estimated, which if straightforwardly taken indicates a mixed valency for SmB62 with Sm2+:Sm3+ = 1:1, which is the first ever indicated for RB66-type compounds. Localization length of the VRH at the Fermi level, ξ, was estimated to be 3.33 Å indicating that carriers in SmB62 are much less localized than in YB66 which has 0.56 Å. The thermoelectric behavior of SmB62 is striking, with ρ reduced by two orders of magnitude while maintaining large Seebeck coefficients, and as a result the power factor is ∼۳۰ times higher than other rare-earth phases. Overall the figure of merit ZT amounts to ∼۰.۱۳ at 1050 K, with an extrapolated value of ∼۰.۴ at 1500 K, an expected working temperature for topping cycles in thermal power plants; that gives a ∼۴۰ times enhancement for Sm. Since there are few thermoelectric materials applicable for very-high temperature applications, this discovery gives new interest in the samarium higher borides.

 جهت دانلود رایگان نسخه لاتین این مقاله اینجا کلیک کنید .

چکیده

تک کریستال‌های SmB6 به صورت موفقی با استفاده از روش ناحیه‌ی شناور (FZ) تولید شدند. رفتار ترموالکتریکی دمالابالای آن، همراه با خصوصیات مغناطیسی و گرمای ویژه آن در دماهای پایین، مورد بررسی قرار گرفت. مقاومت الکتریکی، ρ، رفتار جهش با دامنه‌ی متغیر  (VRH) نسبت به ترکیب‌های دیگر خاکی نادر RB6 (RB66) نشان می‌دهد. یک ممان مغناطیسی موثر، µeff، برابر با µB/Sm 0.42 اندازه‌گیری شد که به صورت مستقیم نشان‌دهنده‌ی ظرفیت‌های مختلف SmB62 به صورت ۱:۱=Sm2+:Sm3+ می‌باشد که برای اولین بار در مورد SmB62 مشاهده شده است. طول‌های موضعی VRH در رده‌های فرمی، ξ، برابر با Å۳.۳۳ تخمین زده شد و به این اشاره دارد که حامل‌ها در SmB62 نسبت به YB66 که دارای مقداری برابر با Å ۰.۵۶ می‌باشد، به صورت موضعی‌تری پراکنده شده‌اند. خواص ترموالکتریکی ساماریم بورید قابل‌توجه است زیرا ρ تولید شده دو درجه کوچک‌تر است در حالی که ضریب سیبک بالا باقی می‌ماند و در نتیجه، فاکتور توان ۳۰~ برابر بزرگ‌تر از مقدار آن در فاز‌های خاکی نادر دیگر است. در کل، مقادیر معیار شایستگی ZT در K1050 مقدار ۰.۱۳~ را دارا است که با برون‌یابی، به مقدار ۰.۴~ در K1500، که دمای مورد انتظار برای چرخه‌های انجام شده در نیرو‌گاه‌های انرژی‌ می‌باشد، می‌رسد. این مطلب، افزایشی ۴۰~ برابر برای Sm را نشان می‌دهد. از آن‌جا که مواد کمی برای کاربرد در دمای بالا وجود دارد، این کشف باعث ایجاد توجه خاصی در مورد بورید‌های بالای ساماریم شده‌است.

 جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.