Thermoelectric Properties of an Extruded ZrO2-Modified Bi0.85Sb0.15 Solid Solution

M. M. Tagiyev; Тагиев М. М.; I. A. Abdullayeva; Абдуллаева И. А.; G. D. Abdinova; Абдинова Г. Д.; Kh. F. Aliyeva; Алиева Х. Ф.

doi:10.31857/S0002337X2308016X

Thermoelectric Properties of an Extruded ZrO2-Modified Bi0.85Sb0.15 Solid Solution

Authors: Tagiyev M.M.¹^,2, Abdullayeva I.A.³, Abdinova G.D.², Aliyeva K.F.²
Affiliations:
1. Azerbaijani State University of Economics
2. Abdullaev Institute of Physics, Ministry of Science and Education of the Republic of Azerbaijan
3. Institute of Radiation Problems, Ministry of Science and Education of the Republic of Azerbaijan
Issue: Vol 59, No 8 (2023)
Pages: 839-846
Section: Articles
URL: https://medjrf.com/0002-337X/article/view/668160
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X2308016X
EDN: https://elibrary.ru/TYNTUS
ID: 668160

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The electrical conductivity (σ), thermoelectric power (α), Hall coefficient (RH), and thermal conductivity (κ) of unmodified and 0.5 wt % ZrO2-modified extruded samples of the Bi0.85Sb0.15 solid solution have been measured in the range ~77–300 K at a magnetic field strength of up to ~74 × 104 A/m. The results demonstrate that the addition of 0.5 wt % ZrO2 to Bi0.85Sb0.15 reduces the phonon component of its thermal conductivity, leading to an increase in its thermoelectric figure of merit (Z) to ~6.4 × 10–3 K–1. The use of the modified material is expected to considerably improve parameters of related low-temperature thermoelectric converters. At ~77 K, in both the unmodified and ZrO2-modified Bi0.85Sb0.15 solid solutions heat is transported largely by lattice vibrations.

Keywords

extrusion, solid solution, thermoelectric material, mobility, modifier

References

Немов С.А., Улашкевич Ю.В., Рулимов А.А., Демченко А.Е., Аллаххах А.А., Свешников И.В., Джафаров М. О зонной структуре Bi2Te3 // ФТП. 2019. Т. 53. Вып. 5. С. 608–611.
Булат Л.П., Драбкин И.А., Каратаев В.В., Освенский В.Б., Пшенай-Северин Д.А. Влияние рассеяния на границах на теплопроводность полупроводникового материала на основе твердого раствора BiхSb2–x Te3 // ФТТ. 2010. Т. 52. Вып. 9. С. 1712–1716.
Грабов В.М., Комаров В.А., Каблукова Н.С. Гальваномагнитные свойства тонких пленок висмута и сплавов висмут-сурьма на подложках с различными темпнературными расширением // ФТТ. 2016. Т. 58. Вып. 3. С. 605–611.
Mikio Koyano, Masanori Yamanouchi. Electronic Properties of İnhomogeneous Bi-Sb-Ni composite alloys // J. Phys.: Conf. Ser. 2009. V. 150. Part 5. P. 052128. https://doi.org/10.1088/1742-6596/150/5/052128
Zhi-Lei Wang, Takehiro Araki, Tetsuhiko Onda. Effect of Annealing on Microstructure and Thermoelectric Properties of Hot-Extruded Bi-Sb-Te Bulk Materials // J. Mater. Sci. 2018. V. 53. № 12. P. 9117–9130. https://doi.org/10.1007/s10853-018-2211-x
Банага М.П., Соколов О.Б., Бендерская Т.Э., Дудкин Л.Д., Иванова А.Б., Фридман И.И. Особенности структуры и термоэлектрических свойств экструзированных образцов Bi0.88Sb0.12 // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1986. Т. 22. № 4. С. 619–622.
Иванова Л.Д., Петрова Л.И., Гранаткина Ю.В., Земсков В.С., Соколов О.Б., Скипидаров С.Я., Дуванков Н.И. Экструдированные материалы для термоэлектрических охладителей // Неорган. материалы. 2008. Т. 44. № 7. С. 789–793.
Иванова Л.Д. Термоэлектрические материалы для различных температурных уровней // ФТП. 2017. Т. 51. Вып. 7. С. 948–951.
Тагиев М.М., Агаев З.Ф., Абдинов Д.Ш. Термоэлектрические свойства экструдированных образцов Bi85Sb15 // Неорган. материалы. 1994. Т. 30. № 3. С. 375–378.
Тагиев M.M. Влияние размеров зерен и примеси свинца на термоэлектрические свойства экструдированных образцов твердого раствора Bi0.85Sb0.15 // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 2. С. 119–124. https://doi.org/10.31857/S0002337X21020135
Сидоренко Н.А., Дашевский З.М. Эффективные кристаллы Bi-Sb для термоэлектрического охлаждения при температурах Т ≤ 180 K // ФТП. 2019. Т. 53. Вып. 5. С. 693–697.
Иоффе А.Ф. Полупроводниковые термоэлементы. М.-Л.: Наука, 1960. 186 с.
Schwantz R.T. Thermoelectric and Galvanomagnit Measurements on (Bi2Te3)5 (Bi2Se3)1 (Sb2Te3)18 // J. Appl. Phys. 1967. V. 38. № 7. P. 2865–2870.
Rittner E.S. Comment on Theoretical Bound on the Thermoelectric Figure of Merit from Irrversible Thermodynamics // J. Appl. Phys. 1962. V. 33. P. 2654–2655.
Дик М.Г., Абдинов Д.Ш. Влияние модифицирования на подвижность дырок и теплопроводность экструдированных образцов твердых растворов системы Bi2Te3–Sb2Te3 // Изв.АН СССР. Неорган. матералы. 1988. Т. 24. № 8. С. 1290–1293.
Дубровина А.Н., Леонтьева Л.А., Дроздова Г.А. и др. Влияние второй фазы на деформации и рекристаллизацию сплавов на основе Bi2Te3 // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1981. Т. 17. № 4. С. 613–617.
Дубровина А.И., Казаков А.И. Высокотемпературная термообработка заготовок для экструзии // ИБ ППРВ ЭЭ. 1983. № 3 (113). С. 99–103.
Hicks L.D., Dresselhaus M.S. Effect of Quantum-Well Structures on Thermoelectric Figure of Merit // Phys. Rev. B. 1993. V. 47. № 19. P. 12727. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.47.12727
Равич Ю.И., Пшенай-Северин Д.А. Влияния подвижности на термоэлектрическую эффективность многослойных структур с квантомыми ямами // Термоэлектрики и их применения. С.-Пб. 1999. С. 11–14.
Тагиев М.М. Гальваномагнитные свойства твердых растворов Bi0.85Sb0.15, модифицированных ZrO2 // Неорган. материалы. 1999. Т. 35. № 9. С. 1042–1044.
Тагиев М.М., Абдуллаева И.А., Абдинова Г.Д. Влияние гамма-радиации на магнитотермоэлектрические свойства экструдированных образцов Bi0.85Sb0.15, модифицированных ZrO2 // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 6. С. 589–595. https://doi.org/10.31857/S0002337X22060148
Tagiyev M.M., Abdinova G.D. Electrical and Galvanomagnetic Properties of Extruded Samples of Bi0.85Sb0.15 Solid Solitions with Pb and Te Impurities // Russ. Phys. J. 2019. V. 61. № 11. P. 2135–2138.https://doi.org/10.1007/s11182-019-01647-6
Абдуллаева И.А., Абдинова Г.Д., Тагиев М.М., Бархалов Б.Ш. Влияние гамма-излучения на электрические свойства экструдированных образцов Bi0.85Sb0.15 〈Te〉 // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 9. С. 933–939. https://doi.org/10.31857/S0002337X21090013
Охотин А.С., Пушкарский А.С., Боровикова Р.П., Смирнов В.А. Методы измерения характеристик термоэлектрисеских материалов и преобразователей. М.: Наука, 1974. 168 с.
Tagiyev M.M., Abdullayeva I.A. Influence of Gamma Radiation on Magnetoelectric Properties of Extruded Samples of Solid Solution Bi85Sb15〈Te〉Modified ZrO2 // Int. J. Modern Phys. 2022. V. 36. № 18. 2250103 https://doi.org/10.1142/S021797922250103X
Самедов Ф.С., Тагиев М.М., Абдинов Д.Ш. Влияние отжига на электрические свойства экструдированных образцов твердого раствора Bi0.85Sb0.15 // Неорган. материалы. 1997. Т. 33. № 12. С. 1460–1462.
Земсков В.С., Бородин П.Г., Белая А.Д., Рослов С.А. Явления переноса в висмуте и твердых растворах висмут-сурьма. Винити. М.: ИМЕТ. 1978. 52 с.
Тагиев M.M., Агаев З.Ф., Абдинов Д.Ш. Теплопроводность Bi0.85Sb0.15, легированного теллуром // Неорган. материалы. 1994. Т. 30. № 6. С. 776–778.
Агаев З.Ф., Тагиев M.M., Абдинова Г.Д., Багиева Г.З., Абдинов Д.Ш. Теплопроводность экструдированных образцов Bi85Sb15 с примесями Gd и Pb // Неорган. материалы. 2008. Т. 44. № 2. С. 137–139.
Оскотский В.С., Смирнов И.А. Дефекты в кристаллах и теплопроводность. Л.: Наука, 1972. 160 с.
Киреев П.С. Физика полупроводников. М.: Высш. школа, 1975. 584 с.
Yamashita O., Odahara H. Effect of the Thickness of Bi-Te Compound and Cu Electrode on the Resultant Seebeck Coefficient in Touching Cu/Bi-Te/Cu Composites // J. Mater. Sci. 2007. V. 42. № 13. P. 5057–5067.