سنتز بورنیت (Cu5FeS4) نانوساختار با روش آلیاژسازی مکانیکی و بررسی اثر دوپ کردن همزمان Zn و Co بر روی خواص ترموالکتریکی آن

برای توسعه دستگاه های حالت جامد ترموالکتریک، موادی با بازده بالا که از عناصر غیر سمی و فراوان در پوسته زمین تشکیل شده باشد از اهمیت بسزایی برخوردار است. در این مقاله، خواص ترموالکتریک نمونه های نانوساختار Cu5-2xZnxCoxFeS4 (0 ≤ x ≤ 0.06) مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، ابتدا نانوذرات Cu5-2xZnxCoxFeS4 توسط آسیاب گلوله ای پرانرژی سنتز شد و سپس نمونه های نانوساختار دیسکی شکل با پرس داغ تهیه شد. روش پراش اشعه ایکس (XRD) برای مطالعه خواص ساختاری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) برای بررسی ریزساختار نمونه ها مورد استفاده قرار گرفت، و خواص ترموالکتریک نمونه ها نیز با اندازه گیری رسانایی الکتریکی و هدایت حرارتی بررسی شد. نتایج XRD نشان داد که ساختار بلوری نمونه های Cu5-2xZnxCoxFeS4 تا حد دوپ کردن x = 0.04 بورنیت خالص است. ضریب توان نمونه های بورنیت دوپ نشده برابر با mWm-1K-2 0.25 بود و پس از دوپ کردن با Co و Zn کاهش یافت. جایگزین کردن جزئی همزمان کبالت و روی در ساختار بورنیت در محدوده 0.02 ≤ x ≤ 0.04 باعث تغییر رسانایی نمونه به نوع-n شد. به دلیل نوسانات جرمی و کرنشی ناشی از دوپ کردن و نانوساختار بودن، هدایت حرارتی بسیار اندک k < 0.30 Wm-1K-1 برای تمام نمونه های دوپ شده بدست آمد. بیشترین مقدار ZT = 0.35 برای نمونه دوپ شده با مقدار x = 0.06 حاصل شد.

کلیدواژه ها:

بورنیت ، نانوساختار ، دوپ کردن ، آلیاژ سازی مکانیکی ، خواص ترموالکتریک