Estudio de las propiedades termoeléctricas en compuestos del tipo CaLaMnO-Nb/Mo

Abstract

Se presenta un estudio de las propiedades termoeléctricas y de transporte de muestras policristalinas de compuestos de [Fórmula matemática] y [Fórmula matemática], sintetizadas mediante el método de reacción de estado sólido. El estudio de las propiedades estructurales, se realizó por medio del análisis de difracción de rayos-X (XRD) mediante un refinamiento Rietveld, mostrando muestras monofísicas que cristalizan en una simetría tipo perovskita, con una estructura ortorrómbica en un grupo espacial Pnma(#62), donde los parámetros de red y el volumen de celda se incrementaron con el contenido de Nb=Mo. La caracterización morfolóogica se realizó mediante estudios de microscopía electrónica de barrido, los cuales mostraron una estructura granular en todos los compuestos y una disminución del espacio intergranular con el dopaje. Las propiedades eléctricas se estudiaron mediante mediciones de resistividad eléctrica ᵖ(T), en el rango de temperatura entre 100 y 300 K, mostrando comportamientos característicos de materiales semiconductores con valores mínimos cercanos a 0:1 -cm a temperatura ambiente. Las mediciones del coeficiente Seebeck S(T) en función de la temperatura, presentaron valores negativos en todo el rango de temperatura estudiado, indicando con ello una conducción dada por portadores de carga negativos. La magnitud de S(T) disminuye con el nivel de Nb=Mo, sugiriendo un aumento en la densidad de portadores de carga. Adicionalmente se realizaron mediciones de conductividad térmica en función de la temperatura ᵖ(T). Estas mediciones mostraron que la conductividad térmica en este tipo de materiales es fundamentalmente de naturaleza fonónica. Las propiedades termoeléctricas se evaluaron a través del factor de potencia termoeléctrico PF y la figura de mérito adimensional ZT, las cuales alcanzaron máximos valores de ZT cercanos a[Fórmula matemática] a temperatura ambiente. Estos valores permiten considerar este tipo de materiales cerámicos como posibles compuestos útiles para el desarrollo de dispositivos termoeléctricos funcionales a temperatura ambiente.

Abstract. A study of thermal and transport properties of poly-crystalline samples of [Fórmula Matematica] compounds, synthesized by the method of solid state reaction is presented. X-ray difrraction measurements (XRD) and Rietveld analysis showed monophasic samples with perovskite-type symmetry and orthorhombic structure with space group Pnma(#62), where the lattice parameters and cell volume increased with the Nb=Mo content. Morphological characterization performed by scanning electron microscopy, showed a granular structure, where the intergranular space decresed with doping level. Electrical properties studied by electrical resistivity ᵖ(T) measurements, showed characteristic behaviors of semiconductor materials with minimum values close to 0:1 -cm at room temperature. Seebeck coeficient measurements S(T) as a function of temperature, show negative in all temperature range. Thereby indicating conduction given by negative charge carriers, its magnitude decreases with the level of Nb=Mo, suggesting an increase in the charge carrier density. Additionally, thermal conductivity measurements were carried out as a function of the temperature ᵖ(T). These measurements show that thermal conductivity in these materials is mainly phonon nature. Thermoelectric properties were evaluated through the thermoelectric power factor PF and the dimensionless figure of merit ZT, which reached maximum values around [Fórmula Matemática] and [Fórmula Matemática], for the samples with Nb and Mo content, respectively. These values allow us to consider this type of ceramic materials as potential materials useful for the development of thermoelectric devices at room temperature.