سنتز بورنیت (cu5fes4) نانوساختار با روش آلیاژسازی مکانیکی و بررسی اثر دوپ کردن همزمان zn و co بر روی خواص ترموالکتریکی آن

برای توسعه دستگاه‌های 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 نمونه‌های نانوساختار cu5-2xznxcoxfes4 (0 ≤ x ≤ 0.06) مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، ابتدا نانوذرات cu5-2xznxcoxfes4 توسط آسیاب گلوله‌ای پرانرژی سنتز شد و سپس نمونه‌های 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 نمونه‌ها مورد استفاده قرار گرفت، و خواص ترموالکتریک نمونه‌ها نیز با اندازه‌گیری رسانایی الکتریکی و هدایت حرارتی بررسی شد. نتایج xrd نشان داد که ساختار بلوری نمونه‌های cu5-2xznxcoxfes4 تا حد دوپ کردن x = 0.04 بورنیت خالص است. ضریب توان نمونه‌های 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 نوعn 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 نمونه‌های دوپ شده بدست آمد. بیشترین مقدار zt = 0.35 برای نمونه دوپ شده با مقدار x = 0.06 حاصل شد.

Synthesis of nanostructured bornite by mechanical alloying and investigate the effect of codoping Zn and Co on its thermoelectric properties

To improve current solid state thermoelectric devices, high performance materials based on safe and abundant elements is required. Here, the thermoelectric properties of Cu52xZnxCoxFeS4 (0 ≤ x ≤ 0.06) nanostructured samples were investigated. First, Cu52xZnxCoxFeS4 nanoparticles were synthesized by high energy ball milling and then consolidated into pellets by hot pressing. Xray diffraction (XRD) analysis was employed for structural study, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) were used for microstructural analysis, and the thermoelectric properties were evaluated by electrical conductivity and thermal conductivity measurements. XRD data revealed that the crystal structure of the materials to be consistent with a pure bornite phase up to x = 0.04 for Cu52xZnxCoxFeS4. The power factor of unsubstituted sample was 0.25 mWm1K2 which decrease after Co and Zn substitution. Concurrent substituting of Co and Zn for Cu in the range of 0.02 ≤ x ≤ 0.04 changed the ptype conduction of bornite to ntype at room temperature and up to 527 K. Extremely low thermal conductivities of k < 0.30 Wm1K1 were obtained for all double substituted samples as a results of the significant mass and strain field fluctuations and the nanostructured nature of the samples. The highest ZT value of 0.35 was attained for x = 0.06.