Тепловые и термоэлектрические свойства керамики на основе оксида цинка, легированной железом

Abstract

Изучено влияние добавления оксидов железа FeO и Fe2O3 в соотношении 1 : 9 на тепловые и термоэлектрические характеристики керамики на основе оксида цинка ZnO. Исследуемые образцы были изготовлены в два этапа с использованием керамической технологии спекания порошковых смесей в открытой атмосфере. В ходе анализа теплопроводности выявлен преобладающий вклад решеточной теплопроводности при комнатной температуре. Установлено, что уменьшение теплопроводности в результате легирования обусловлено увеличением рассеяния фононов на введенных в решетку ZnO точечных дефектах (за счет замещения ионов цинка ионами железа) и на границах зерен (за счет измельчения микроструктуры), а также ростом пористости (снижением плотности) и формированием частиц дополнительной фазы феррита ZnFe2O4. Отмечено, что легирование железом и сопутствующее ему изменение структуры керамики (уменьшение размеров зерен, возрастание пористости, выделение ферритной фазы) приводят к увеличению термоэлектрической добротности ZT в 2 раза (вследствие уменьшения удельного электросопротивления и теплопроводности при относительно небольшом снижении коэффициента термоЭДС). Полученные результаты могут быть использованы для изготовления керамики на основе ZnO, обладающей оптимальными термоэлектрическими характеристиками.