The authors wish to acknowledge the competitive faculty-initiated collaboration (FIC) grant from KAUST.

PR-도핑 된 SrTiO3 3 분말 1. 준비 <ol><li> SrCO 3 분말 (7.53407 G), 이산화 티탄 나노 분말 (4.28983 G), 및 PR의 이론 양, 산화 티타늄 3 잠 0.05 0.95 시니어 분말 10g을 준비 무게를하기 위해 2 O 반응 다음의 3 소결 덩어리 (0.44299 G) X = 0.05에 대한 : </li></ol><img alt="식 (1)" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/52869/52869eq1.JPG" width="550" /><ol start="2"><li> 마노 박격포와 유 봉을 사용하여 미세 입자의 무게 잠 2 O 3 소결 덩어리를 갈기. </li><li> 잠 2 O 3에 무게 SrCO 3 분말과 이산화 티탄 나노 분말을 추가하고 연마 및 시각적으로 균일 한 분말을 얻을 때까지 마노 박격포와 유 봉을 사용하여 혼합 계속합니다. </li><li> 유리 항아리로 분쇄 물을 넣고 30 분 째 균질화하는 난류 혼합을 사​​용전자 혼합물. </li><li> 꼼꼼하게 청소 및 광택 스테인레스 스틸 다이 (직경 1 인치)로 생성 된 혼합 분말을 넣고 두 개의 스테인레스 스틸 플런저 사이를 샌드위치. </li><li> 콜드 프레스 약 1 메트릭 톤의 하중 프레스를 사용하여 분말. </li><li> 중공 스테인리스 스틸 실린더에 다이를 배치하고 가압로드를 사용하여 상부로부터 플런저 펠렛을 누름으로써 초기 가압 펠릿을 꺼내고. 다이로부터 냉간 펠릿 (성형체)의 토출 후, 부드럽게 스카치 테이프의 작은 조각으로 펠릿을 피복 테이프를 리핑하여 얇은 층을 제거하여 펠릿의 외주 표면상의 오염을 청소. </li><li> 알루미나 보트와 추위를 눌러 펠렛 사이의 장벽으로 상업적으로 구입 SrTiO3를 분말로 가득 알루미나 보트에 수직으로 펠렛을 놓습니다. </li><li> , 튜브로에서 보트를 놓고 3 시간에 1,300 ° C까지 가열 (15)이 온도에서 보관시간. 소성이 끝나면 펠릿 보일러 내부에서 실온까지 냉각시킵니다. 이 단계 후, &quot;소성 과정&quot;이라 칭한다. </li><li> 마노 박격포와 유 봉을 사용하여 펠렛을 갈기 더욱 난류를 사용하여 혼합 유리 항아리에 생성 된 분말을로드합니다. </li><li> 부하의 약 3 톤에서 누른 스테인레스 스틸 다이 및 감기에 가루를 넣습니다. </li><li> 3 시간에 1,400 ° C에서 단계를 1.9 한 번 더 반복하고 20 시간 동안이 온도에서 보관하십시오. </li><li> 마노 박격포와 유 봉을 사용하여 펠렛을 갈기. </li><li> 반복 고체 상태 반응이 완성에 도달하기위한 1.11, 1.12, 1.13을 한 번 더 반복합니다. </li></ol> 대량 다결정 PR-도핑 된 SrTiO3 3 세라믹 2. 준비 <ol><li> (2 mm 두께와 직경 12.7 mm의 디스크)으로 제조 된 분말 1.6 g의 무게. </li><li> 상하 INTE 다루 graphoil 원형 조각을 준비흑연 다이에 끼워 분말과 흑연 플런저 rface. 또한, 흑연 몰드의 내벽을 덮도록 다른 직사각형 graphoil 조각을 준비한다. </li><li> 흑연 다이 도입부로서 준비된 분말 (내경 12.7 mm)을로드하고 동일한 크기의 두 개의 플런저 사이 흑연 분말 샌드위치. 흑연 다이의 길이의 중간에 2 mm의 구멍을 드릴과 다이의 외면 온도 판독에 대한 내부 표면의 약 2mm이다. 참고 : 다이 외부에 남아있는 흑연 플런저의 길이를 조정하고 구멍이 정확한 온도 독서를 얻기 위해 배치 된 샌드위치 분말 실린더의 중심에 위치. 흑연 플런저의 얼굴은 심하게 조각의 가공 중에 평준화 될 필요가있다. 모든 어긋남은 스파크 플라즈마 소결시 소결 펠릿의 균열이 발생할 수 있습니다. </li><li> 콜드 프레스 스파크에 장착하기 전에 프레스를 사용하여 분말 부드럽게 (부하 &lt;200kg)챔버 내부의 플라즈마 소결 판. 흑연 플런저 손상을 방지하기 위해 상단과 하단 플런저 및 언론 단계 사이의 평면 광택 스테인레스 스틸지지 플레이트를 사용합니다. </li><li> 흑연 조각 절연의 다이 주위 느꼈다 랩과 흑연 원사로 고정합니다. 온도 판독 홀이 다이 상에 배치 된 펠트의 직사각형 조각을 절단하여 흑연 펠트에 창을 고안. </li><li> 방전 플라즈마 소결 챔버로드 흑연 몰드 플런저를 놓는다. 최종 위치로 무대를 이동합니다. </li><li> 초점 및 다이의 온도 판독 홀 고온계 목표 원을 정렬. 고온계의 방사율 설정이 흑연에 대해 설정되어 있는지 확인합니다. </li><li> 챔버를 닫고 샘플에 7.7 KN 하중 (약 60 MPa의)를 넣습니다. 진공 및 아르곤으로 3 회 퍼지 챔버 6 파의 동적 진공하에 챔버를 떠난다. </li><li> 수동 전류 (또는 증가를 이용하여 온도를 상승프로그램). 250 분 -1 사용 (에 대응을 약 300 ~ 400 ° C의 분 -1) 최적화 된 샘플. 이 방전 플라즈마 소결 공정의 가장 중요한 단계이다. </li><li> 수동 전류를 조정 또는 프로그램을 사용하여 5 분 동안 1500 ° C의 온도에서 유지. 5 분간 보유 기간이 종료되면, 냉각 중에 시료 분해 피하기 위해 7.7 KN 부하를 신속하게 방출 전류를 차단하고. 챔버 내부 RT에 샘플 멋진하자. </li><li> 부드럽게 감기 프레스를 사용하여 다이 흑연에서 대량 펠렛을 놓습니다. 이는 중공 스틸 실린더에 흑연 다이를 배치하고 펠렛 위에서로드를 밀어 스틸을 사용 흑연 플런저를 토출함으로써 행해진 다. </li><li> 날카로운 면도날을 이용하여 펠릿 리면뿐만 아니라 내주면에 graphoil 제거. </li><li> 보증하기 위해 각각의 측면에서 거친 사포 실망 0.3~0.5 mm 대 (400 눈금)를 사용하여 샘​​플을 폴란드어graphoil의 완전한 제거. 아세톤 샘플을 청소합니다. </li></ol> 대량 도자기 3. 전자의 특성 및 열전달 특성 <ol><li> 아르키메데스 법을 이용하여, 세라믹 디스크, ρ의 밀도를 결정한다. </li><li> 시료의 중량을 측정하여 W 건조한 다음, 물에 잠긴 시료의 중량 W 안정화 밀도 측정 시스템에 젖은로부터 아르키메데스 밀도를 계산할 </li></ol><img alt="식 (2)" fo:content-width="2.1in" src="/files/ftp_upload/52869/52869eq2.JPG" width="260" /> ρ 물 측정 온도에서 물의 밀도이다. (14) (예 1, g cm -3 300 K에서와 동일) <ol start="2"><li> 아르곤의 75 mL의 분 -1 흐름 하에서 과도 레이저 플래시 기법을 이용하여, 시료 (D)의 열 확산율 측정. 두께를 측정샘플, L의, 정확하게 먼저 디지털 마이크로 미터를 사용하여. 참고 : 다른 크기와 모양 (예를 들어, 원형 디스크 직경 또는 정사각형 10 × 10mm 2 개의 디스크에 12.7 ㎜)와 두께의 병렬 얼굴의 샘플을 쉽게 측정 할 수 MM 0.5 내지 5. <ol><li> 레이저 플래시 열확산 기법에서, 단편 (~ 1 밀리 초)의 레이저 펄스에 의해 시료의 한쪽면을 조사하고 적외선 검출기에 의해 대향면에 온도 상승을 기록한다. 그런 다음 시료의 두께와 후드 (15) 방정식을 이용하여 온도 상승 시간 프로필에서 레이저 플래시 인터페이스 소프트웨어에 의해 열 확산율을 계산할 </li></ol></li></ol><img alt="식 (3)" fo:content-width="1.9in" src="/files/ftp_upload/52869/52869eq3.JPG" width="220" /> 여기서, L은 디스크 및 t의 1/2의 두께는 다른 (S)의 최대 온도 상승의 절반 시간이다샘플의 IDE. 주 : 파커 모델 (15)은 단열 샘플과, 다른 모델은 열 손실, 유한 펄스 지속 기간, 불균일 펄스 가열 및 비균질로서 측정 각종 손실을 고려 년 동안 제안되어 순간 펄스 가열 이상적인 조건을 가정 구조. 우리는 가장 진보 된 방법 중 하나 인 펄스 보정 코완 모델 (16)을 사용했다. 이 IR 검출기에 의해 관측 된 신호를 정면으로부터 전달 된 열 에너지의 양을 최대화하고 최대화하기 위해, 샘플 표면이 고도로 방출되어야한다는 점에 유의해야한다. 일반적으로이 샘플 표면에 흑연의 얇은 코팅의 적용을 필요로한다. 열 확산율의 측정에서 2 % -5 %의 불확실성 차원의 결정에서 발생하는, 존재한다. (17) <ol start="3"><li> 직사각형 막대 형태로 다이아몬드 톱을 사용하여 디스크 펠렛을 잘라 2 × 2 ×3 mm, 전기 전도도와 제벡 계수의 측정뿐만 아니라, 사각형 디스크, 4 고온 비열 및 얇은 직사각형 조각에 대한 X 4 X 1.5 mm 3, 홀 측정을위한 8 × 5 × 1mm 3. </li><li> 평탄하고 경면 정사각형 조각 샘플의 비열, C의 P를 측정 (4 × 4 × 1.5 mm 3) 아르곤 기류 하에서, 시차 주사 열량계 (DSC)를 사용. 18 <ol><li> 정확한 냉각 속도로, 샘플을 500 ° C로 20 K 분 -1 가열 속도까지 이어 열적 평형에 도달 할 수 있도록 10 분 동안 등온 유지를 위해 40 ° C 5 K 분 -1까지의 가열 속도를 사용 이는 하였다. 아르곤 기류 하에서 측정을 수행한다 (50 ㎖ 분 -1 제안된다). </li></ol></li></ol> 인해, 분석에 사용되는 방법의 감도에 대한 열 용량을 결정하기 위해 3 회 측정을 실시 참고<html> 공지 C의 P와 (사파이어와 같은) 표준 재료의 비열 (2) 측정 시료의 비열 (3) 측정, (1)베이스 라인 측정이 배경을 감산하도록 포함된다. 샘플 평면 거울 연마 (알과 함께이 작품에 사용 된 2 O 3 도가니 백금 / Rh를 팬) 측정 도가니의 바닥 이상적인 접촉을하기 위해 있는지 확인합니다. DSC 스테이지의 정확한 구조에 대한 자세한 내용은, DSC에 외 기술 및 시료를 측정하기위한 정확한 명령들의 비교는 다양한 출처에서 찾아 볼 수있다. (19) <ol start="5"><li> 20을 사용 ρ, 열확산, D, 비열, C P 및 밀도의 측정 값으로부터 시료의 고온 열전도, κ을 계산 </li></ol>/52869/52869eq4.JPG &quot;폭 =&quot;200 &quot;/&gt; <ol start="6"><li> 금 접시 샘플로부터 절단 2 × 2 × 10mm 세 조각에 프로브 접점 (4 콘택트)은 접촉 저항의 문제를 완화하기 위하여. <ol><li> 단, 원하는 접촉 면적에 금 스퍼터링하기 위해, 2 × 2 × 10mm 3 샘플 주위 스카치 테이프 스텐실로 사용할 랩. 2 얼굴이 취소 덮인 2 × 2mm를 남겨주세요. 면도날을 사용하여, 프로브의 거리에 의해 분리 된 라인을 따라 2 × 10mm이면의 중앙에 구멍이 매우 작은 (직경 약 1mm)를 잘라. </li><li> 벤치 탑 금 스퍼터링 장치를 이용하여 ~ 200 nm 두께의 금 막을 스퍼터. 21 </li></ol></li><li> 22,23 온도의 함수로서 샘플의 전기 수송 특성, 즉 전기 전도도와 제벡 계수)을 측정한다. <ol><li> 4 단자 법을 이용하여 전기 전도도를 측정한다. SAM의 지벡 계수를 측정두 개의 중간 열전대 &quot;프로브&quot;를 통해 온도 및 전압의 측정을 사용하여 전자 설정. 디지탈 현미경을 사용하여 이러한 두 프로브들 사이의 거리를 측정한다. 전기 전송 측정에 대한 자세한 내용은 다른 곳에서 찾을 수있다. (22, 23) </li></ol></li><li> 물성 측정 시스템을 사용하여 5 × 8 × 1mm 3 샘플 온도의 함수로서 홀 캐리어 농도를 측정한다. (24) </li></ol>

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Jpn. 114, 102 (2006).</li><li>Wang, N., He, H., Ba, Y., Wan, C., Koumoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermoelectric+Properties+of+Nb-doped+SrTiO3+Ceramics+Enhanced+by+Potassium+Titanate+Nanowires+Addition.">Thermoelectric Properties of Nb-doped SrTiO3 Ceramics Enhanced by Potassium Titanate Nanowires Addition.</a> J. Ceram. Soc. Jpn. 118, 1098 (2010).</li><li>Ohta, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+Thermoelectric+Performance+of+Heavily+Nb-doped+SrTiO3+Epitaxial+Film+at+High+Temperature.">Large Thermoelectric Performance of Heavily Nb-doped SrTiO3 Epitaxial Film at High Temperature.</a> Appl. Phys. Lett. 87, 092108 (2005).</li><li>Kovalevsky, A., Yaremchenko, A., Populoh, S., Weidenkaff, A., Frade, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+of+Thermoelectric+Performance+in+Strontium+Titanate+by+Praseodymium+Substitution.">Enhancement of Thermoelectric Performance in Strontium Titanate by Praseodymium Substitution.</a> J. Appl. Phys. 113, 053704 (2013).</li><li>Kovalevsky, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+a+High+Thermoelectric+Performance+in+Rare-Earth+Substituted+SrTiO3:+Effects+Provided+by+Strongly-Reducing+Sintering+Conditions.">Towards a High Thermoelectric Performance in Rare-Earth Substituted SrTiO3: Effects Provided by Strongly-Reducing Sintering Conditions.</a> Phys. Chem. 16, 26946 (2014).</li><li>Dawson, J. A., Tanaka, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+Structure+and+Energetics+of+Pr-+and+La-Doped+SrTiO3+Grain+Boundaries+and+the+Influence+on+Core–Shell+Structure+Formation.">Local Structure and Energetics of Pr- and La-Doped SrTiO3 Grain Boundaries and the Influence on Core–Shell Structure Formation.</a> J. Phys. Chem. C. 118, 25765-25778 (2014).</li><li>Mehdizadeh Dehkordi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+Insights+on+the+Synthesis+and+Electronic+Transport+in+Bulk+Polycrystalline+Pr-doped+SrTiO3&#8722;&#948;.">New Insights on the Synthesis and Electronic Transport in Bulk Polycrystalline Pr-doped SrTiO3&#8722;&#948;.</a> Appl. Phys. Lett. 117, 055102 (2015).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

이 프로토콜에서, 우리는 성공적으로 향상된 전자 및 열전 특성을 나타내는 벌크 다결정 PR-도핑 된 SrTiO3를 세라믹을 제조하기 위해 합성 전략의 단계를 제안 하였다. 프로토콜의 주요 단계는 하이로로서 준비된 분말을 치밀화 (I) 대기압 방전 플라즈마 소결법의 기능 (ⅱ) 복용 이점을 공기에 도핑 된 SrTiO3 3 분말의 고상 합성을 포함 벌크 세라믹스 동시에 밀도는 더 잠 가진 샘플?...

산화물 열전은 전자 수송 특성에 대한 안정성 및 비용 관점에서 고온 열전 애플리케이션을위한 유망한 후보로 나타났다. n 형 산화물 열전기 중에서 고농도 도핑 된 티탄산 스트론튬 (STO)를 인해 흥미로운 전기적 성질에 많은 관심을 끌고있다. 그러나, 큰 총 열 전도성 (κ ~ 12 W M -1 K -1 (300) 단결정에 대한 K에서) (1)과 낮은 캐리어 이동도 (μ ~ 6cm 2 V -1 초 -1 단결정 300 K에서) 한 악영향 메리트 차원 도면에 의해 평가된다 열전 성능에 영향을 미치는, 도전율 σ α는 제벡 계수이고, ZT = α이 σT / κ는, T 켈빈 절대 온도, 총 열전도율 κ. 우리는 본원에서 역률 같은 분자를 정의 PF = α 263; T. (SiGe와 합금과 같은) 다른 고온 열전기과 경쟁이 산화물 열전 재료 위해서는, 역률 및 / 또는 격자 열 전도도의 감소에 더 현저한 증가가 요구된다. STO의 열전 특성을 향상시키기 위해 실험 연구의 대부분은 주로 변형 필드와 포논의 질량 변동 산란 통한 열전도율의 감소에 초점을 맞추고있다. 이러한 시도는 다음을 포함한다 : (i) 단일 또는 이중의 Sr 도핑 2+ 또는 / 및 Ti 4+ 사이트,이 방향에 대하여 주된 노력으로서, 자연 초 격자 Ruddlesden-포퍼 구조의 2,3- (II)의 합성 상기 나노 크기의 제 2상의 SrO를 첨가하여 층, (4) 및 (iii) 복합 공학 절연막을 통해 열전 도성을 감소시키기 위해. 5 단, 최대 최근까지 더 개선 전략 substant보고되지 않았다ially 이들 산화물에 열전 역률을 증가시킨다. 벌크 단일 및 다결정 STO에서보고 된 최대 역률 (PF) 값 PF &lt;1.0 m의 W -1 K -1의 상한에 국한되어왔다. 합성 방법 및 처리 기술의 다양한 시도 상기 아이디어를 구현하는 데 사용되어왔다. 분말 합성 경로는 종래의 고상 반응을 포함 6 졸겔 7 종래 소결 반면 열수, 8 및 연소 합성, 9, 6 핫 프레스 (10)와 최근에 방전 플라즈마 소결 (12)로 분말을 조밀화하는데 사용되는 공통 기술들이다 대량 도자기. 그러나 유사한 불순물 (예를 들어, 라)와 도핑 농도, 그 결과 대량 세라믹 전자 및 열 수송 특성의 범위를 나타낸다. 이는 된 SrTiO3 &lt;공정의 강하게 의존 결함 화학 대형 인합성에 의존하는 특성을 초래 부&gt; 3. 열전 전송 혜택을 합성 및 처리 매개 변수를 최적화 보고서의 소수는있다. 그것은 때문에 아주 작은 포논에 SrTiO3를 무료 경로 (300 K에서 L 산도 ~ 2 나노 미터)을 의미하는 것으로 언급 할 가치가있다, 11 나노 구조는 주로 감소를 통해 대량 STO 도자기의 TE 성능의 개선을위한 실행 가능한 옵션이 아니다 격자 열 전도도. 최근에, 우리는 동시에 강화 된 화력 요인에서 발생하는 비 균일 PR-도핑 된 SrTiO3 3 도자기의 장점의 열전 그림의 30 % 이상 향상을보고이 상세한 비디오 프로토콜에서 열전도. 12, 13 감소, 우리가 제시하고 이들의 제조에 대한 우리의 합성 전략의 단계 논의 향상된 전자 및 열전 특성을 나타내는 STO 세라믹스 잠을 도핑.

<table><tbody><tr><td>SrCO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt; Powder, 99.9%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>472018</td><td></td></tr><tr><td>TiO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; Nanopowder, 99.5%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>718467</td><td></td></tr><tr><td>Pr&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt; Sintered Lumps, 99.9%</td><td>Alfa Aesar</td><td>35663&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Spark Plasma Sintering&amp;nbsp;</td><td>Dr. Sinter Lab</td><td>SPS-515S</td><td></td></tr><tr><td>Resistivity/Seebeck Coefficient Measurement System</td><td>Ulvac-Riko</td><td>ZEM-2</td><td></td></tr><tr><td>Laser Flash Thermal Diffusivity Measurement System</td><td>Netzsch</td><td>LFA-457 Microflash</td><td></td></tr><tr><td>Differential Scanning Calorimetry (DSC) System</td><td>Netzsch</td><td>404C Pegasus</td><td></td></tr><tr><td>Physical Property Measurement system (PPMS)</td><td>Quantum Design</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM)</td><td>Hitachi</td><td>SU-6600</td><td></td></tr><tr><td>Energyy-dispersive X-ray Spectroscopy (EDS)</td><td>Oxford Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>X-ray Diffractometer</td><td>Rigaku</td><td>Ultima IV</td><td></td></tr><tr><td>Bench-top Sputter Coater</td><td>Denton Vacuum</td><td>Desk II</td><td></td></tr><tr><td>Diamond&amp;nbsp; Wheel Saw</td><td>South Bay Technology</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

synthesis of non-uniformly pr-doped srtio3 ceramics and their thermoelectric properties

We demonstrate a novel synthesis strategy for the preparation of Pr-doped SrTiO3 ceramics via a combination of solid state reaction and spark plasma sintering techniques. Polycrystalline ceramics possessing a unique morphology can be achieved by optimizing the process parameters, particularly spark plasma sintering heating rate. The phase and morphology of the synthesized ceramics were investigated in detail using X-ray diffraction, scanning electron microcopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy. It was observed that the grains of these bulk Pr-doped SrTiO3 ceramics were enhanced with Pr-rich grain boundaries. Electronic and thermal transport properties were also investigated as a function of temperature and doping concentration. Such a microstructure was found to give rise to improved thermoelectric properties. Specifically, it resulted in a significant improvement in carrier mobility and the thermoelectric power factor. Simultaneously, it also led to a marked reduction in the thermal conductivity. As a result, a significant improvement (> 30%) in the thermoelectric figure of merit was achieved for the whole temperature range over all previously reported maximum values for SrTiO3-based ceramics. This synthesis demonstrates the steps for the preparation of bulk polycrystalline ceramics of non-uniformly Pr-doped SrTiO3.

X 선 회절 패턴 된 SrTiO3으로 된 SrTiO3에 잠의 용해도가 3 격자 PR-도핑의 효과를 연구하기 위하여 같은 제조 된 분말 및 PR 함량의 함수로서 대응하는 벌크 세라믹스 (도 1)에 대해 수집 된 3 차 위상 (들)의 형성. 패턴은 반사 공간 군 (도 1a)와 입방 격자에 연동 될 수있는 모든 같이 제조 된 분말의 SrTiO3를 위상의 형성을 확인한다. 홍보 컨텐츠를 증가 (...

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Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

A protocol for the synthesis and processing of polycrystalline SrTiO3 ceramics doped non-uniformly with Pr is presented along with the investigation of their thermoelectric properties.

불균일 PR-도핑 된 SrTiO3의 합성<sub&gt; 3</sub&gt; 도자기와 그 열전 특성

We demonstrate a novel synthesis strategy for the preparation of Pr-doped SrTiO3 ceramics via a combination of solid state reaction and spark plasma ...

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Chemistry

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

9.8K 조회수.  Clemson University. A protocol for the synthesis and processing of polycrystalline SrTiO3 ceramics doped non-uniformly with Pr is presented along with the investigation of their thermoelectric properties.

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Characterization of Full Set Material Constants and Their Temperature Dependence for Piezoelectric Materials Using Resonant Ultrasound Spectroscopy

During the operation of high power electromechanical devices, a temperature rise is unavoidable due to mechanical and electrical losses, causing the degradation of device performance. In order to evaluate such degradations using computer simulations, full matrix material properties at elevated temperatures are needed as inputs. It is extremely difficult to measure such data for ferroelectric materials due to their strong anisotropic nature and property variation among samples of different geometries. Because the degree of depolarization is boundary condition dependent, data obtained by the IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) impedance resonance technique, which requires several samples with drastically different geometries, usually lack self-consistency. The resonant ultrasound spectroscopy (RUS) technique allows the full set material constants to be measured using only one sample, which can eliminate errors caused by sample to sample variation. A detailed RUS procedure is demonstrated here using a lead zirconate titanate (PZT-4) piezoceramic sample. In the example, the complete set of material constants was measured from room temperature to 120 &#176;C. Measured free dielectric constants <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/53461/image001.jpg" /> and&#160;<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/53461/image002.jpg" /> were compared with calculated ones based on the measured full set data, and piezoelectric constants d15 and d33 were also calculated using different formulas. Excellent agreement was found in the entire range of temperatures, which confirmed the self-consistency of the data set obtained by the RUS.

This protocol describes the procedure of measuring the temperature dependence of the full set material constants of piezoelectric materials using resonant ultrasound spectroscopy (RUS).

풀 세트 재질 상수의 특성 및 공명 초음파​​ 분광법을 사용하여 압전 재료에 대한 그들의 온도 의존성

During the operation of high power electromechanical devices, a temperature rise is unavoidable due to mechanical and electrical losses, causing the ...

연구

공학

Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and conformality by taking advantage of self-limiting reactions between vapor-phase precursors and the growing film. Perovskite oxides present potential for next-generation electronic materials, but to-date have mostly been deposited by physical methods. This work outlines a method for depositing SrTiO3 (STO) on germanium using ALD. Germanium has higher carrier mobilities than silicon and therefore offers an alternative semiconductor material with faster device operation. This method takes advantage of the instability of germanium's native oxide by using thermal deoxidation to clean and reconstruct the Ge (001) surface to the 2&#215;1 structure. 2-nm thick, amorphous STO is then deposited by ALD. The STO film is annealed under ultra-high vacuum and crystallizes on the reconstructed Ge surface. Reflection high-energy electron diffraction (RHEED) is used during this annealing step to monitor the STO crystallization. The thin, crystalline layer of STO acts as a template for subsequent growth of STO that is crystalline as-grown, as confirmed by RHEED. In situ X-ray photoelectron spectroscopy is used to verify film stoichiometry before and after the annealing step, as well as after subsequent STO growth. This procedure provides framework for additional perovskite oxides to be deposited on semiconductors via chemical methods in addition to the integration of more sophisticated heterostructures already achievable by physical methods.

This work details the procedures for the growth and characterization of crystalline SrTiO3 directly on germanium substrates by atomic layer deposition. The procedure illustrates the ability of an all-chemical growth method to integrate oxides monolithically onto semiconductors for metal-oxide semiconductor devices.

원자 층 증착을 통해 게르마늄에 페 로브 스카이 스트론튬 티탄의 에피 택셜 성장

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and ...

화학

Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with one twist grain boundary. This apparatus utilizes high uniaxial pressure and a pulsed direct current for rapid consolidation of material. Diffusion bonding of strontium titanate bicrystals without fracture, in a spark plasma sintering apparatus, is possible at high pressures due to the unusual temperature dependent plasticity behavior of strontium titanate. We demonstrate a method for the successful formation of bicrystals at accelerated time scales and lower temperatures in a spark plasma sintering apparatus compared to bicrystals formed by conventional diffusion bonding parameters. Bond quality was verified by scanning electron microscopy. A clean and atomically abrupt interface containing no secondary phases was observed using transmission electron microscopy techniques. Local changes in bonding across the boundary was characterized by simultaneous scanning transmission electron microscopy and spatially resolved electron energy-loss spectroscopy.

A viable technique for the formation of strontium titanate bicrystals at high pressure and fast heating rate via the spark plasma sintering apparatus is developed.

스트론튬 티탄 Bicrystals의 형성에 사용되는 플라즈마 소결 장치 불꽃

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with ...

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical properties. The possibility of doping was investigated by adding monovalent cation halides with similar ionic radii to Pb2+, including Cu+, Na+, and Ag+. A shift in the Fermi level and a remarkable decrease of sub-bandgap optical absorption, along with a lower energetic disorder in the perovskite, was achieved. An order-of-magnitude enhancement in the bulk hole mobility and a significant reduction of transport activation energy within an additive-based perovskite device was attained. The confluence of the aforementioned improved properties in the presence of these cations led to an enhancement in the photovoltaic parameters of the perovskite solar cell. An increase of 70 mV in open circuit voltage for AgI and a 2 mA/cm2 improvement in photocurrent density for NaI- and CuBr-based solar cells were achieved compared to the pristine device. Our work paves the way for further improvements in the optoelectronic quality of CH3NH3PbI3 perovskite and subsequent devices. It highlights a new avenue for investigations on the role of dopant impurities in crystallization and controls the electronic defect density in perovskite structures.

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Here, we present a protocol to adjust the properties of solution-processed CH3NH3PbI3 through the incorporation of monovalent cation additives in order to achieve highly efficient perovskite solar cells.

CH의 일가 양이온 도핑<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; 효율적인 페 로브 스카이 트 태양 전지에 대한

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide electronics community. One of its hallmark features is the existence of a critical LAO thickness of 4 unit-cells (uc) for interfacial conductivity to emerge. Although electrostatic mechanisms have been proposed in the past to describe the existence of this critical thickness, the importance of chemical defects has been recently accentuated. Here, we describe the growth of metal/LAO/STO heterostructures in an ultra-high vacuum (UHV) cluster system combining pulsed laser deposition (to grow the LAO), magnetron sputtering (to grow the metal) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). We study step by step the formation and evolution of the q2DES and the chemical interactions that occur between the metal and the LAO/STO. Additionally, magnetotransport experiments elucidate on the transport and electronic properties of the q2DES. This systematic work not only demonstrates a way to study the electrostatic and chemical interplay between the q2DES and its environment, but also unlocks the possibility to couple multifunctional capping layers with the rich physics observed in two-dimensional electron systems, allowing the fabrication of new types of devices.

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

We fabricate metal/LaAlO3/SrTiO3 heterostructures using a combination of pulsed laser deposition and in situ magnetron sputtering. Through magnetotransport and in situ X-ray photoelectron spectroscopy experiments, we investigate the interplay between electrostatic and chemical phenomena of the quasi two-dimensional electron gas formed in this system.

성장 및 정전기/화학 속성의 금속/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide ...

Chemical Synthesis of Porous Barium Titanate Thin Film and Thermal Stabilization of Ferroelectric Phase by Porosity-Induced Strain

Barium titanate (BaTiO3, hereafter BT) is an established ferroelectric material first discovered in the 1940s and still widely used because of its well-balanced ferroelectricity, piezoelectricity, and dielectric constant. In addition, BT does not contain any toxic elements. Therefore, it is considered to be an eco-friendly material, which has attracted considerable interest as a replacement for lead zirconate titanate (PZT). However, bulk BT loses its ferroelectricity at approximately 130 &#176;C, thus, it cannot be used at high temperatures. Because of the growing demand for high-temperature ferroelectric materials, it is important to enhance the thermal stability of ferroelectricity in BT. In previous studies, strain originating from the lattice mismatch at hetero-interfaces has been used. However, the sample preparation in this approach requires complicated and expensive physical processes, which are undesirable for practical applications.
In this study, we propose a chemical synthesis of a porous material as an alternative means of introducing strain. We synthesized a porous BT thin film using a surfactant-assisted sol-gel method, in which self-assembled amphipathic surfactant micelles were used as an organic template. Through a series of studies, we clarified that the introduction of pores had a similar effect on distorting the BT crystal lattice, to that of a hetero-interface, leading to the enhancement and stabilization of ferroelectricity. Owing to its simplicity and cost effectiveness, this fabrication process has considerable advantages over conventional methods.

Here, we present a protocol for the synthesis of porous barium titanate (BaTiO3) thin film by a surfactant-assisted sol-gel method, in which self-assembled amphipathic surfactant micelles are used as an organic template.

바 륨 다공성 타이타늄 박막 및 다공성 유도 된 긴장에 의해 Ferroelectric 단계의 열 안정화의 화학 합성

Barium titanate (BaTiO3, hereafter BT) is an established ferroelectric material first discovered in the 1940s and still widely used because of its ...

Key Factors Affecting the Performance of Sb2S3-sensitized Solar Cells During an Sb2S3 Deposition via SbCl3-thiourea Complex Solution-processing

Sb2S3 is considered as one of the emerging light absorbers that can be applied to next-generation solar cells because of its unique optical and electrical properties. Recently, we demonstrated its potential as next-generation solar cells by achieving a high photovoltaic efficiency of &#62; 6% in Sb2S3-sensitized solar cells using a simple thiourea (TU)-based complex solution method. Here, we describe the key experimental procedures for the deposition of Sb2S3 on a mesoporous TiO2 (mp-TiO2) layer using a SbCl3-TU complex solution in the fabrication of solar cells. First, the SbCl3-TU solution is synthesized by dissolving SbCl3 and TU in N,N-dimethylformamide at different molar ratios of SbCl3:TU. Then, the solution is deposited on as-prepared substrates consisting of mp-TiO2/TiO2-blocking layer/F-doped SnO2 glass by spin coating. Finally, to form crystalline Sb2S3, the samples are annealed in an N2-filled glove box at 300 &#176;C. The effects of the experimental parameters on the photovoltaic device performance are also discussed.

Key Factors Affecting the Performance of Sb2S3-sensitized Solar Cells During an Sb2S3 Deposition via SbCl3-thiourea Complex Solution-processing

This work provides a detailed experimental procedure for the deposition of Sb2S3 on a mesoporous TiO2 layer using a SbCl3-thiourea complex solution for applications in Sb2S3-sensitized solar cells. This article also determines key factors governing the deposition process.

주요 Sb2S3의 성능에 영향을 미치는 요인-태양 전지는 Sb2S3 증 착을 통해 SbCl3중 응-thiourea 복잡 한 솔루션-처리

Sb2S3 is considered as one of the emerging light absorbers that can be applied to next-generation solar cells because of its unique optical and electrical ...

Tuning Oxide Properties by Oxygen Vacancy Control During Growth and Annealing

Electrical, optical, and magnetic properties of oxide materials can often be controlled by varying the oxygen content. Here we outline two approaches for varying the oxygen content and provide concrete examples for tuning the electrical properties of SrTiO3-based heterostructures. In the first approach, the oxygen content is controlled by varying the deposition parameters during a pulsed laser deposition. In the second approach, the oxygen content is tuned by subjecting the samples to annealing in oxygen at elevated temperatures after the film growth. The approaches can be used for a wide range of oxides and nonoxide materials where the properties are sensitive to a change in the oxidation state.
The approaches differ significantly from electrostatic gating, which is often used to change the electronic properties of confined electronic systems such as those observed in SrTiO3-based heterostructures. By controlling the oxygen vacancy concentration, we are able to control the carrier density over many orders of magnitude, even in nonconfined electronic systems. Moreover, properties can be controlled, which are not sensitive to the density of itinerant electrons.

Oxide materials show many exotic properties that can be controlled by tuning the oxygen content. Here, we demonstrate the tuning of oxygen content in oxides by varying the pulsed laser deposition parameters and by performing postannealing. As an example, electronic properties of SrTiO3-based heterostructures are tuned by growth modifications and annealing.

성장 및 어닐링 중 산소 공극 제어에 의한 산화물 특성 조정

Electrical, optical, and magnetic properties of oxide materials can often be controlled by varying the oxygen content. Here we outline two approaches for ...

RF 스퍼터링을 통해 유리 기판에 Bi2te3 및 Sb2te3 박막 증착

Fabrication of Bi2Te3 and Sb2Te3 Thermoelectric Thin Films using Radio Frequency Magnetron Sputtering Technique

Through various studies on thermoelectric (TE) materials, thin film configuration gives superior advantages over conventional bulk TEs, including adaptability to curved and flexible substrates. Several different thin film deposition methods have been explored, yet magnetron sputtering is still favorable due to its high deposition efficiency and scalability. Therefore, this study aims to fabricate a bismuth telluride (Bi2Te3) and antimony telluride (Sb2Te3) thin film via the radio frequency (RF) magnetron sputtering method. The thin films were deposited on soda lime glass substrates at ambient temperature. The substrates were first washed using water and soap, ultrasonically cleaned with methanol, acetone, ethanol, and deionized water for 10 min, dried with nitrogen gas and hot plate, and finally treated under UV ozone for 10 min to remove residues before the coating process. A sputter target of Bi2Te3 and Sb2Te3 with Argon gas was used, and pre-sputtering was done to clean the target&#39;s surface. Then, a few clean substrates were loaded into the sputtering chamber, and the chamber was vacuumed until the pressure reached 2 x 10-5 Torr. The thin films were deposited for 60 min with Argon flow of 4 sccm and RF power at 75 W and 30 W for Bi2Te3 and Sb2Te3, respectively. This method resulted in highly uniform n-type Bi2Te3 and p-type Sb2Te3 thin films.

저자 스포트라이트: 무선 주파수 마그네트론 스퍼터링을 통한 고성능 열전 박막의 발전

The manuscript describes a protocol for radio frequency magnetron sputtering of Bi2Te3 and Sb2Te3 thermoelectric thin films on glass substrates, which represents a reliable deposition method that provides a wide range of applications with the potential for further development.

불균일 PR-도핑 된 SrTiO3의 합성

요약

더 많은 비디오 탐색

풀 세트 재질 상수의 특성 및 공명 초음파 분광법을 사용하여 압전 재료에 대한 그들의 온도 의존성

원자 층 증착을 통해 게르마늄에 페 로브 스카이 스트론튬 티탄의 에피 택셜 성장

스트론튬 티탄 Bicrystals의 형성에 사용되는 플라즈마 소결 장치 불꽃

CH의 일가 양이온 도핑

성장 및 정전기/화학 속성의 금속/LaAlO₃/SrTiO₃ Heterostructures

바 륨 다공성 타이타늄 박막 및 다공성 유도 된 긴장에 의해 Ferroelectric 단계의 열 안정화의 화학 합성

주요 Sb₂S₃의 성능에 영향을 미치는 요인-태양 전지는 Sb₂S₃ 증 착을 통해 SbCl₃중 응-thiourea 복잡 한 솔루션-처리

성장 및 어닐링 중 산소 공극 제어에 의한 산화물 특성 조정

무선 주파수 마그네트론 스퍼터링 기법을 이용한 Bi2 Te₃ 및 Sb₂Te₃ 열전 박막 제작

무선 주파수 마그네트론 스퍼터링 기법을 이용한 Bi2 Te₃ 및 Sb₂Te₃ 열전 박막 제작

불균일 PR-도핑 된 SrTiO3의 합성

요약

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풀 세트 재질 상수의 특성 및 공명 초음파​​ 분광법을 사용하여 압전 재료에 대한 그들의 온도 의존성

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성장 및 어닐링 중 산소 공극 제어에 의한 산화물 특성 조정

무선 주파수 마그네트론 스퍼터링 기법을 이용한 Bi2 Te3 및 Sb2Te3 열전 박막 제작

무선 주파수 마그네트론 스퍼터링 기법을 이용한 Bi2 Te3 및 Sb2Te3 열전 박막 제작

풀 세트 재질 상수의 특성 및 공명 초음파 분광법을 사용하여 압전 재료에 대한 그들의 온도 의존성

성장 및 정전기/화학 속성의 금속/LaAlO₃/SrTiO₃ Heterostructures

주요 Sb₂S₃의 성능에 영향을 미치는 요인-태양 전지는 Sb₂S₃ 증 착을 통해 SbCl₃중 응-thiourea 복잡 한 솔루션-처리

무선 주파수 마그네트론 스퍼터링 기법을 이용한 Bi2 Te₃ 및 Sb₂Te₃ 열전 박막 제작

무선 주파수 마그네트론 스퍼터링 기법을 이용한 Bi2 Te₃ 및 Sb₂Te₃ 열전 박막 제작