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A comprehensive study of the crystallization of Cu–As–Te glasses: microstructure and thermoelectric properties

Vaney, J. B. und Delaizir, G. und Alleno, E. und Rouleau, O. und Piarristeguy, A. und Monnier, J. und Godart, C. und Ribes, M. und Escalier, R. und Pradel, A. und Gonçalves, A. P. und Lopes, E. B. und Cuello, G. J. und Ziolkowski, P. und Müller, E. und Candolfi, C. und Dauscher, A. und Lenoir, B. (2013) A comprehensive study of the crystallization of Cu–As–Te glasses: microstructure and thermoelectric properties. Journal of Materials Chemistry A, 1, Seiten 8190-8200. Royal Society of Chemistry. doi: 10.1039/C3TA11159H. ISSN 2050-7488.

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Kurzfassung

We report a thorough experimental study on the microstructure, thermal behavior and thermoelectric properties of the amorphous composition Cu15As30Te55 and the glass–ceramics related-compounds synthesized by using the Spark Plasma Sintering (SPS) technique. Varying the conditions of the SPS process enables the synthesis of composite glassy-crystalline samples with different crystal/glass ratios. Such treatments result in complex microstructures composed of large glassy domains where nanocrystals of the metastable β-As2Te3 phase are embedded. These domains are separated by regions of the dendritic crystalline phase surrounded by a Cu-rich glassy matrix. The presence of β-As2Te3, confirmed by both powder X-ray diffraction and scanning electron microscopy, suggests that pressure and/or internal stresses play an important role in stabilizing this phase. This conclusion is further supported by neutron thermodiffraction experiments revealing a sharp crossover from the β-As2Te3 to the stable α-As2Te3 phase at temperatures below that of the SPS treatment. Transport properties measurements show that the presence of a crystalline fraction significantly lowers the electrical resistivity by four orders of magnitude. However, the probable intrinsic n-type behavior of β-As2Te3 has a detrimental influence on the thermopower values. Even though the partial crystallization of the glassy matrix leads to an increase in the thermal conductivity, the measured values remain on the order of 1 W m−1 K−1 at 300 K. Besides an overall increase in the dimensionless figure of merit ZT, our results demonstrate that the partial crystallization of an amorphous matrix is an efficient tool to tune the electrical resistivity over several orders of magnitude while maintaining low thermal conductivity values.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/85833/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A comprehensive study of the crystallization of Cu–As–Te glasses: microstructure and thermoelectric properties
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Vaney, J. B. Institut Jean Lamour (IJL), UMR 7198 CNRS-Université de Lorraine, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Delaizir, G.Sciences des Procédés Céramique et de Traitement de Surface (SPCTS), UMR CNRS 7315, Centre Européen de la Céramique, Limoges, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Alleno, E.Institut de Chimie et des Matériaux de Paris Est (ICMPE), UMR 7182 CNRS, CMTR, Thiais, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rouleau, O.Institut de Chimie et des Matériaux de Paris Est (ICMPE), UMR 7182 CNRS, CMTR, Thiais, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Piarristeguy, A.Institut Charles Gerhardt (ICG), UMR 5253 CNRS-Université Montpellier 2, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Monnier, J.Institut de Chimie et des Matériaux de Paris Est (ICMPE), UMR 7182 CNRS, CMTR, Thiais, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Godart, C.Institut de Chimie et des Matériaux de Paris Est (ICMPE), UMR 7182 CNRS, CMTR, Thiais, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ribes, M.Institut Charles Gerhardt (ICG), UMR 5253 CNRS-Université Montpellier 2, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Escalier, R.Institut Charles Gerhardt (ICG), UMR 5253 CNRS-Université Montpellier 2, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pradel, A.Institut Charles Gerhardt (ICG), UMR 5253 CNRS-Université Montpellier 2, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gonçalves, A. P.ST/ITN Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, P-2686-953NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lopes, E. B.ST/ITN Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, P-2686-953NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cuello, G. J.Institut Laue Langevin, 6 rue Jules Horowitz, B. P. 156, 38042 Grenoble, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ziolkowski, P.German Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Müller, E.German Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Candolfi, C.Institut Jean Lamour (IJL), UMR 7198 CNRS-Université de Lorraine, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dauscher, A.Institut Jean Lamour (IJL), UMR 7198 CNRS-Université de Lorraine, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lenoir, B. Institut Jean Lamour (IJL), UMR 7198 CNRS-Université de Lorraine, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:13 Mai 2013
Erschienen in:Journal of Materials Chemistry A
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:1
DOI:10.1039/C3TA11159H
Seitenbereich:Seiten 8190-8200
Verlag:Royal Society of Chemistry
ISSN:2050-7488
Status:veröffentlicht
Stichwörter:thermoelectrics; SPS; Cu-As-Te
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Antriebe (alt)
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L ER - Antriebsforschung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Turbinentechnologien (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Thermoelektrische Materialien und Systeme
Hinterlegt von: Zabrocki, Dr. Knud
Hinterlegt am:27 Nov 2013 14:28
Letzte Änderung:06 Sep 2019 15:30

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