Titelaufnahme

Titel
The effect of substitution and doping on the thermoelectric properties of CePd3 (Cer Palladium 3) / Robert Lackner
VerfasserLackner, Robert
Begutachter / BegutachterinBauer, Ernst ; Rogl, Peter
Erschienen2007
Umfang109 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2007
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)CePd3 / Zwischenvalenz / Kondo / thermische Leitfähigkeit / Seebeckeffekt / Thermoelektrizität / Thermoelektrischer Gütefaktor
Schlagwörter (EN)CePd3 / intermediate valence / Kondo / thermal conductivity / thermopower / thermoelectricity / thermoelectric figure of merit /
Schlagwörter (GND)Intermetallische Verbindungen / Cer / Palladium / Substitution / Bor / Thermoelektrizität / Seebeck-Effekt
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-20882 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
The effect of substitution and doping on the thermoelectric properties of CePd3 (Cer Palladium 3) [4.03 mb]
Links
Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Zwischenvalentes CePd3 hat einen der höchsten Seebeckkoeffizienten unter den auf Ce basierenden intermetallischen Systemen. In Rahmen dieser Dissertation wurden vier Probenserien (CePd3By, Ce(Pd1-xRhx)3, Ce(Pd1-xRhx)3B0.05 und Ce(Pd0.94-xRhxAg0.06)3) hergestellt, um den Einfluss von Substitution an der Pd-Seite, sowie den Effekt von B Doping am freien Zwischengitterplatz auf die Transporteigenschaften zu untersuchen. Mittels Röntgendiffraktometrie wurden die Proben auf Phasenreinheit untersucht und anschließend wurden der elektrische Widerstand rho(T), die thermische Leitfähigkeit lambda(T) und der Seebeckeffekt S(T) über einen großen Temperaturbereich gemessen. Die Daten wurden anhand theoretischer und empirischer Modelle analysiert. Durch die Auswertung von rho(T) und S(T) konnte gezeigt werden, dass die Kondotemperatur bei kleinen Rh-Konzentrationen, nicht wie erwartet, stetig mit der Konzentration steigt, sondern vorerst absinkt. Mit einem Rh Anteil x>0.2 wird das System einfach metallisch.

Bei einer Zugabe von B verschiebt sich das Maximum in rho(T) und S(T) wie erwartet zu tieferen Temperaturen, wobei rho_max steigt, während S_max abnimmt. Die verwendeten Modelle können die Messwerte über einen breiten Temperaturbereich gut reproduzieren und die erhaltenen fit-Parameter sind sinnvoll. Die gemessene thermische Leitfähigkeit wurde anhand von zwei verschieden Modellen in ihren elektronischen- und ihren Gitteranteil geteilt, wobei beide Methoden vergleichbare Resultate lieferten. Der Gitterbeitrag wurde weiter analysiert um Aufschluss über einzelne Streumechanismen der Phononen zu erlangen. Durch die hohe Anzahl an fit-Parametern sind hier nur qualitative Aussagen möglich. Die thermische Leitfähigkeit bei tiefen Temperaturen sinkt generell bei geringfügiger Änderung der Stöchiometrie, wobei der Effekt bei Raumtemperatur nicht besonders stark ist. Für den thermoelektrischen Gütefaktor ZT bedeutet das, dass eine Zugabe von B oder eine Substitution von Pd durch Ag eine klare Verschlechterung bringt, während kleine Substitutionen mit Rh die thermoelektrischen Eigenschaften verbessern. Es sollte geprüft werden, ob es möglich ist, die Einbuße des Seebeckeffekts durch B Doping oder Ag Substitution durch Rh Substitution zu kompensieren und bei stark verringertem Phononenbeitrag der thermischen Leitfähigkeit ein Verbesserung von ZT zu erzielen. Bei den Serien Ce(Pd1-xRhx)3B0.05 und Ce(Pd0.94-xRhxAg0.06)3 hat sich gezeigt, dass lambda(T) weiterhin niedrige Werte aufweist, und auch rho(T) generell absinkt, wenn man den Rh Anteil erhöht. Auch der Seebeckeffekt bewegt sich wieder nach oben und somit wird der Gütefaktor tatsächlich größer, aber es wurde keine nennenswerte Überhöhung erreicht. Somit erreicht der Gütefaktor bei einer Zusammensetzung von Ce(Pd0.9Rh0.1)3 sein Maximum, das bei Raumtemperatur etwa 12% über dem Wert von CePd3 liegt.

Zusammenfassung (Englisch)

The intermediate valency compound CePd3 exhibits one of the highest Seebeck coefficients of Ce-based intermetallics. In the scope of this thesis the effect of substitution on the Pd site and doping on the interstitial site on the transport properties of CePd3 has been tested on four sample series, namely CePd3By, Ce(Pd1-xRhx)3, Ce(Pd1-xRhx)3B0.05 and Ce(Pd0.94-xRhxAg0.06)3.

Phase purity of the samples was examined by employing X-Ray diffraction as well as the electrical resistivity rho(T), the thermal conductivity lambda(T) and the thermopower S(T) were recorded over a broad temperature region. The measured data were interpreted by means of theoretical and empirical models.

The analysis of rho (T) and S(T) shows, that the Kondo temperature does not increase steadily with increasing Rh content as it was expected, rather it shows a small degradation with small Rh-concentrations. For a Rh content x > 0.2 the system behaves as a simple metal. Increasing doping with B causes a shift of the maximum in rho (T) and S(T) to lower temperatures, while rho max increases and Smax diminishes. The applied models reproduce the measured data over a broad temperature region and the attained fit-parameters are reasonable. In terms of the analysis of thermal conductivity data two ways of splitting the thermal conductivity into an electronic part and a lattice contribution have been tested and the results of both are comparable. The lattice contribution was tested in order to understand the contributions of the different phonon scattering mechanisms. Due to the high count of fit-parameters only qualitative statements are possible. Due to minor changes of the stoichiometry the thermal conductivity generally decreases at low temperatures, while it is rather unaffected at room temperature. As a consequence the thermoelectric figure of merit ZT is diminished by the doping with B as well as by substitution with Ag on the Pd-site, while the substitution with small amounts of Rh enhance the thermoelectric properties. It had to be tested if it is possible to compensate the loss of thermopower due to Ag substitution and B doping by Rh substitution and if the ZT can be improved with a further decrease of the phonon scattering part of the thermal conductivity.

The series Ce(Pd1-xRhx)3B0.05 and Ce(Pd0.94-xRhxAg0.06)3 exhibit still low rho(T) values, and lambda(T) generally decreases, with increasing Rh content. The thermopower showed also an upward trend and therefore the figure of merit actually increased, but no boost in comparison to CePd3 was reached.

Thus the figure of merit peak out at a composition of Ce(Pd0.9Rh0.1)3, which shows about 12% higher values than CePd3 at room temperature.