Thermoelectric properties of a Mn substituted synthetic tetrahedrite

文献情報

出版日 2014-12-02
DOI 10.1039/C4CP04039B
インパクトファクター 3.676
著者

Raju Chetty, Prem Kumar D. S., Herwig Michor, Satyam Suwas, Stephan Puchegger, Gerald Giester, Ramesh Chandra Mallik


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要旨

Tetrahedrite compounds Cu12−xMnxSb4S13 (0 ≤ x ≤ 1.8) were prepared by solid state synthesis. A detailed crystal structure analysis of Cu10.6Mn1.4Sb4S13 was performed by single crystal X-ray diffraction (XRD) at 100, 200 and 300 K confirming the noncentrosymmetric structure (space group I3m) of a tetrahedrite. The large atomic displacement parameter of the Cu2 atoms was described by splitting the 12e site into a partially and randomly occupied 24g site (Cu22) in addition to the regular 12e site (Cu21), suggesting a mix of dynamic and static off-plane Cu2 atom disorder. Rietveld powder XRD pattern and electron probe microanalysis revealed that all the Mn substituted samples showed a single tetrahedrite phase. The electrical resistivity increased with increasing Mn due to substitution of Mn2+ at the Cu1+ site. The positive Seebeck coefficient for all samples indicates that the dominant carriers are holes. Even though the thermal conductivity decreased as a function of increasing Mn, the thermoelectric figure of merit ZT decreased, because the decrease of the power factor is stronger than the decrease of the thermal conductivity. The maximum ZT = 0.76 at 623 K is obtained for Cu12Sb4S13. The coefficient of thermal expansion 13.5 ± 0.1 × 10−6 K−1 is obtained in the temperature range from 460 K to 670 K for Cu10.2Mn1.8Sb4S13. The Debye temperature, ΘD = 244 K for Cu10.2Mn1.8Sb4S13, was estimated from an evaluation of the elastic properties. The effective paramagnetic moment 7.45 μB/f.u. for Cu10.2Mn1.8Sb4S13 is fairly consistent with a high spin 3d5 ground state of Mn.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

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