xxiii Ïανελληνιο ÏÏ Î½ÎµÎ´Ïιο ÏÏ ÏÎ¹ÎºÎ·Ï ÏÏεÏÎµÎ±Ï ÎºÎ±ÏαÏÏαÏÎ·Ï & εÏιÏÏÎ·Î¼Î·Ï ...
xxiii Ïανελληνιο ÏÏ Î½ÎµÎ´Ïιο ÏÏ ÏÎ¹ÎºÎ·Ï ÏÏεÏÎµÎ±Ï ÎºÎ±ÏαÏÏαÏÎ·Ï & εÏιÏÏÎ·Î¼Î·Ï ...
xxiii Ïανελληνιο ÏÏ Î½ÎµÎ´Ïιο ÏÏ ÏÎ¹ÎºÎ·Ï ÏÏεÏÎµÎ±Ï ÎºÎ±ÏαÏÏαÏÎ·Ï & εÏιÏÏÎ·Î¼Î·Ï ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Σύνθεση Στερεών ∆ιαλυµάτων Τύπου β-K 2 Bi 8 Se 13<br />
µε Μηχανική Κραµάτωση και Πυροσυσσωµάτωση<br />
Ν. Τούµπας [1] , Θ. Κυράτση [1]* , Α. Τσιάππος [1] ,<br />
Ε. Χατζηκρανιώτης [2] , Ε. Παυλίδου [2] , Κ.Μ. Παρασκευόπουλος [2] και M. G. Kanatzidis [3]<br />
(1)<br />
Τµήµα Μηχανολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Παραγωγής, Πανεπιστήµιο Κύπρου, 1678 Λευκωσία, Κύπρος<br />
[2]<br />
Τµήµα Φυσικής, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, 54124 Θεσσαλονίκη<br />
[3]<br />
Department of Chemistry, Northwestern University, Evanston, IL 60208, and Materials Science Division, Argonne<br />
National Laboratory, Argonne IL, 60439 United States<br />
*kyratsi@ucy.ac.cy<br />
Εισαγωγή: Μελέτες που έγιναν στις τριαδικές και τετραδικές ενώσεις των χαλκογονιδίων του βισµούθιου έδειξαν ότι<br />
παρουσιάζουν πολλά υποσχόµενες θερµοηλεκτρικές ιδιότητες 1 . Η σύνθετη δοµή τους, µε χαµηλή συµµετρία, όπως και η<br />
παρουσία των αλκαλικών µετάλλων έχουν σαν αποτέλεσµα µια δοµική και ηλεκτρονική πολυπλοκότητα, που οδηγούν σε<br />
πολύ µικρή θερµική αγωγιµότητα και υψηλότερους συντελεστές Seebeck. Το β-K 2 Bi 8 Se 13 βρέθηκε να είναι ένα υποσχόµενο<br />
υλικό λόγω της χαµηλής του θερµικής αγωγιµότητας και του σχετικά υψηλού παράγοντα θερµοηλεκτρικής ισχύος 2 . Η<br />
µορφολογία του είναι βελονοειδής και παρουσιάζει έντονη ανισοτροπία όσον αφορά τις ιδιότητές 3 . Ο σχηµατισµός στερεών<br />
διαλυµάτων αποτελεί µια διαδικασία ιδιαίτερα αποτελεσµατική στο χώρο των θερµοηλεκτρικών και εφαρµόστηκε µε<br />
επιτυχία για την σύνθεση των σειρών Κ 2 (Bi 1-x Sb x ) 8 Se 13 , Κ 2 Bi 8 (Se 13-x S x ) και (Κ 2-x Rb x )Bi 8 Se 13 , τα οποία και µελετήθηκαν ως<br />
προς τη δοµή τους, τις φυσικές και θερµοηλεκτρικές τους ιδιότητες 4 .<br />
Τα τελευταία χρόνια είναι πλέον δεδοµένος ο προσανατολισµός της εφαρµοσµένης έρευνας προς τη<br />
βελτιστοποίηση των παραµέτρων παραγωγής σε διάφορες τεχνικές σύνθεσης και µεθόδους κονιοµεταλλουργίας 5 , όπως<br />
µηχανική κραµάτωση, πυροσυσσωµάτωση κλπ, µε στόχο την εύκολη και ταχεία σύνθεση υλικών καθώς επίσης και τη<br />
διαµόρφωση δοκιµίων µε κατάλληλες διαστάσεις, µηχανικές και θερµοηλεκτρικές ιδιότητες για την απευθείας χρήση τους<br />
σε διατάξεις. Η κονιοµεταλλουργία είναι µια κατασκευαστική διεργασία που πραγµατοποιείται µε διαδικασία άλεσης<br />
σφαιρών (ball milling) υψηλής ενέργειας και στη συνέχεια τα τεµάχια διαµορφώνονται µε συσσωµάτωση σκόνης υλικού 5 . Η<br />
µηχανική κραµάτωση κάνει χρήση συµπιεστικών δυνάµεων πρόσκρουσης υψηλής ενέργειας κατά την άλεση για την<br />
παραγωγή της κόνεως όπου λόγω της τριβής και των συσσωρεύσεων µπορούν να προκληθούν και χηµικές αντιδράσεις 6 . Η<br />
µηχανική κραµάτωση σε συνδυασµό µε την πυροσσυσωµάτωση χρησιµοποιείται για την σύνθεση µιας µεγάλης ποικιλίας<br />
θερµοηλεκτρικών υλικών 7 .<br />
Στην παρούσα εργασία εφαρµόστηκαν για πρώτη φορά µέθοδοι κονιοµεταλλουργίας για την σύνθεση στερεών<br />
διαλυµάτων υλικών τύπου K 2 Bi 8 Se 13 . Η σύνθεση πραγµατοποιήθηκε µε τη µέθοδο της µηχανικής κραµάτωσης και<br />
ακολούθησε πυροσυσσωµάτωση. Τα προϊόντα µελετήθηκαν ως προς τη δοµή, τη µορφολογία, τη σύσταση, την<br />
κρυσταλλικότητα και την καθαρότητα τους µε στόχο τον προσδιορισµό των συνθηκών που να µπορούν να οδηγήσουν σε<br />
καθαρά µέλη της σειράς Κ 2 (Bi 1-x Sb x ) 8 Se 13 .<br />
Αποτελέσµατα και Συζήτηση: Για τη σύνθεση των στερεών διαλυµάτων επιλέχθηκε αρχικά το µέλος Κ 2 Bi 4 Sb 4 Se 13 .<br />
Σύνθεση: Τα αρχικά υλικά K 2 Bi 8 Se 13 και Κ 2 Sb 8 Se 13 ζυγίστηκαν σε αναλογία 1:1 και τοποθετήθηκαν στο µύλο άλεσης<br />
σφαιρών. Το δοχείο κλείστηκε υπό αδρανή ατµόσφαιρα αζώτου και πραγµατοποιήθηκε άλεση µε ταχύτητα 240 rpm για<br />
1,2,3,5,7 και 10 λεπτά. Το δοχείο και οι σφαίρες ήταν κατασκευασµένες από tungsten carbide. Η παραγόµενη σκόνη<br />
συσσωµατώθηκε σε πεπιεσµένα δισκία υπό πίεση περίπου 800MPa. Τα δισκία χρησιµοποιήθηκαν για τη µελέτη των υλικών<br />
µετά την κραµάτωση ενώ άλλα σφραγίστηκαν υπό κενό σε σωλήνες χαλαζία και θερµάνθηκαν στους 400 ο C για 48 ώρες µε<br />
στόχο τη µελέτη της επίδρασης της πυροσυσσωµάτωσης χωρίς εφαρµογή εξωτερικής πίεσης (pressure-less sintering) στην<br />
σύνθεση των υλικών.<br />
Χαρακτηρισµός: Τα υλικά µελετήθηκαν µε τη µέθοδο της περίθλασης των ακτίνων Χ σκόνης (PXRD) για να επιβεβαιώνεται<br />
η σταθερότητα της δοµής τους και να εκτιµάται η κρυσταλλικότητά τους. Τα ακτινογραφήµατα των υλικών έδειξαν ότι δε<br />
λαµβάνει χώρα µετασχηµατισµός σε άλλες κρυσταλλικές φάσεις κατά την άλεση σφαιρών. Κατά την αύξηση της διάρκειας<br />
της άλεσης παρατηρείται η εµφάνιση έντονου υποβάθρου στα ακτινογραφήµατα, γεγονός που δηλώνει την εµφάνιση και<br />
σταδιακή αύξηση άµορφου υλικού. Η διαδικασία πυροσυσσωµάτωσης επαναφέρει το υλικό σε κρυσταλλική κατάσταση<br />
όπως φαίνεται και στο σχήµα 1 συγκριτικά µε υλικό που παράχθηκε από τήξη..<br />
Μετά από 10min<br />
µηχανική κραµάτωση<br />
Μετά από 10min<br />
µηχανική κραµάτωση<br />
και πυροσσυσωµάτωση<br />
A<br />
Γ<br />
B<br />
Σύνθεση µε τήξη<br />
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60<br />
2θ<br />
Σχήµα 1: Ακτινογράφηµα περίθλασης ακτίνων Χ σκόνης.<br />
Σχήµα 2: Επιφάνεια από σκόνη που<br />
υπέστη άλεση για 3 λεπτά.(εικόνα BSE)<br />
236
Change language