Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ МЕДИ НА ЭЛЕКТРОННУЮ ПРОВОДИМОСТЬ И КОЭФФИЦИЕНТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕРМО-Э.Д.С. СПЛАВОВ LIX CU1.75-δSE (X ≤ 0.25)'

ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ МЕДИ НА ЭЛЕКТРОННУЮ ПРОВОДИМОСТЬ И КОЭФФИЦИЕНТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕРМО-Э.Д.С. СПЛАВОВ LIX CU1.75-δSE (X ≤ 0.25) Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
190
38
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СЕЛЕНИД МЕДИ / ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ / ЭЛЕКТРОННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ / КОЭФФИЦИЕНТ ЗЕЕБЕКА / COPPER SELENIDE / THERMOELECTRIC MATERIALS / ELECTRONIC CONDUCTIVITY / ZEEBECK COEFFICIENT

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Балапанов М. Х., Зиннуров И. Б., Кутербеков К. А., Ишембетов Р. Х., Кубенова М. М.

В работе исследовано влияние содержания меди на электронную проводимость и коэффициент электронной термо-э.д.с. сплавов системы LixCu1.75-δSe (x ≤ 0.25). Обнаружено, что при допировании нестехиометрического селенида Cu1.75Se литием проводимость вначале снижается, проходя через минимум вблизи x ≈ 0.17, затем наблюдается слабый рост проводимости. При экстракции меди из Li0.25Cu1.75-δSe проводимость уменьшается. Из концентрационных зависимостей проводимости оценены подвижности преобладающих носителей тока. При 350 °С значения подвижности дырок составили 5 см2/В·с для Li0.05Cu1.95Se и 1.2 см2/В·с для Li0.25Cu1.75Se. Коэффициент термо-э.д.с. имеет положительный знак для всех составов, при выводе меди из Li0.25Cu1.75-δSe при температурах 320 °С и 360 °С коэффициент термо-э.д.с. проходит через слабый минимум около состава с δ = 0.03, выше 400 °С минимум исчезает.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Балапанов М. Х., Зиннуров И. Б., Кутербеков К. А., Ишембетов Р. Х., Кубенова М. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INFLUENCE OF COPPER CONCENTRATION ON ELECTRONIC CONDUCTIVITY AND ZEEBECK COEFFICIENT OF LixCu1.75-δSe (x ≤ 0.25) COMPOUNDS

The influence of copper concentration on the electronic conductivity and Zeebeck coefficient of LixCu1.75-δSe (x ≤ 0.25) compounds has been studied. LixCu1.75-δSe (x ≤ 0.25) compounds were prepared by electrochemical lithium insertion into Cu1.75Se copper selenide at room temperature in dry argon atmosphere. The electrochemical cell Li / 1 M LiClO4 in propylene carbonate / Cu1.75Se / C has been used. It was found that at doping of nonstoichiometric lithium selenide Cu1.75Se by lithium, the conductivity initially decreases passing through a minimum near x ≈ 0.17 and then the conductivity is weakly increasing. At electrochemical extraction of copper from Li0.25Cu1.75-δSe compound, the conductivity decreases. Using the concentration dependences of the conductivity, mobility’s values of the dominant charge carriers were estimated at neglecting by the influence of the thermal generation of carriers on the conductivity. Obtained values of the hole mobility were 5 cm2/V∙s for Li0.05Cu1.95Se and 1.2 cm2/V∙s for Li0.25Cu1.75Se at 350 °C. Zeebeck coefficients demonstrate a positive sign for all compositions. At copper extraction out of Li0.25Cu1.75-δSe at temperatures of 320 °C and 360 °C Zeebeck coefficient passes through a weak minimum near δ = 0.03.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ МЕДИ НА ЭЛЕКТРОННУЮ ПРОВОДИМОСТЬ И КОЭФФИЦИЕНТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕРМО-Э.Д.С. СПЛАВОВ LIX CU1.75-δSE (X ≤ 0.25)»

ISSN 1998-4812

41

раздел ФИЗИКА

ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ МЕДИ НА ЭЛЕКТРОННУЮ ПРОВОДИМОСТЬ И КОЭФФИЦИЕНТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕРМО-Э.Д.С. СПЛАВОВ LьCm.75-sSe (х < 0.25)

© М. Х. Балапанов1*, И. Б. Зиннуров1, К. А. Кутербеков2, Р. Х. Ишембетов1, М. М. Кубенова2, Р. А. Якшибаев1

1Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

2Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева Республика Казахстан, 010008 г. Астана, ул. Мирзояна, 2.

*ЕтаИ: [email protected]

В работе исследовано влияние содержания меди на электронную проводимость и коэффициент электронной термо-э.д.с. сплавов системы БгуСпи^-ёНе (х < 0.25). Обнаружено, что при допировании нестехиометрического селенида СпиНе литием проводимость вначале снижается, проходя через минимум вблизи х ~ 0.17, затем наблюдается слабый рост проводимости. При экстракции меди из НозСпиз-Зе проводимость уменьшается. Из концентрационных зависимостей проводимости оценены подвижности преобладающих носителей тока. При 350 °С значения подвижности дырок составили 5 см2/В^с для Li0.05Cn1.95Se и 1.2 см2/В^с для Li0.25Cn1.75Se. Коэффициент термо-э.д.с. имеет положительный знак для всех составов, при выводе меди из Liо.25Cnl.75-sSe при температурах 320 °С и 360 °С коэффициент термо-э.д.с. проходит через слабый минимум около состава с 8 = 0.03, выше 400 °С минимум исчезает.

Ключевые слова: селенид меди, термоэлектрические материалы, электронная проводи-

мость, коэффициент Зеебека.

1. ВВЕДЕНИЕ

В последнее время наблюдается повышенный интерес к селениду меди и к его сплавам, в связи с перспективностью его приложений в разных областях техники и технологий, таких как: термоэлектричество [1-3], ионика твердого тела [4, 5], ионообменные материалы для синтеза нанокристаллов [6], солнечные элементы [7], батареи [8, 9], газовые сенсоры [10], плазмонные материалы [11], квантовые точки для лазеров и светодиодов [12], медицинские устройства [13, 14] и т.д. Свойства селенида меди достаточно хорошо изучены. Многообразие физических свойств селенида меди и сплавов на его основе обусловлено особенностями его кристаллической структуры, в которой атомы селена составляют жесткий остов решетки, а атомы меди распределены статистически по многочисленным пустотам структуры, образуя подобие «ионной жидкости» [15].

Из физических свойств сплавов системы Си^е-Li2Se исследованы только свойства, связанные с ионным переносом. Известно, что Си^е выше 137 °С, а Li2Se - выше 527 °С, являются суперионными проводниками [16,17]. Ионная проводимость в сплавах Си^е-Ь^е почти на порядок ниже, чем в бинарном селениде меди, а энергия активации диффузии соответственно в 2-3 раза выше [18-20]. Состав Li0.25Cu1.75Se из всех сплавов системы Cu2Se-Li2Se является наиболее полно исследованным. В работах [21-23] показано, что в Li0.25Cu1.75Se происходит ряд фазовых переходов в следующем порядке триклинная - моноклинная - ромбоэдрическая - гексагональная -кубическая фаза; температуры фазовых переходов

410 K, 510 K, 650 K и 710 K соответственно. По электронному переносу в сплавах системы Cu2Se-Li2Se в литературе имеется только работа Р.Х. Ишембетова c соавт. [24].

В данной работе исследуется влияние концентрации меди на электронную проводимость и коэффициент электронной термо-э.д.с. сплава LÎ0.25Cui.75-sSe.

2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Образцы Li0.25Cu1.75Se были приготовлены электрохимическим внедрением лития в бинарный селенид меди Cu1.75Se при комнатной температуре в среде аргона. Использовалась электрохимическая ячейка состава Li/1 M LiClO4 в ПК /Образец Cu1.75Se /С. В качестве апротонного жидкого электролита в ячейке (I) применяли 1 M раствор LiClO4 в пропи-ленкарбонате (ПК).

Для измерений были спрессованы таблетки в виде параллелепипедов размерами 2*5*20 мм. Размеры зерен после отжига образцов в течение 8 ч при 400 °С были в пределах 100-150 мкм.

Состав образца по меди изменяли в процессе измерений методом кулонометрического титрования с применением электрохимической ячейки состава Си/СиВг/Образец/С.

В качестве электролита в ячейке применяли твердый электролит CuBr (CuI), обладающий униполярной проводимостью по ионам меди Cu+ в области температур 320-440 °С (400-600 °С - в случае CuI). При пропускании постоянного тока через ячейку (II) в зависимости от направления тока происходит инжекция или экстракция ионов меди, приводящая к изменению сте-хиометрического индекса меди в химической формуле соединения Li0.25Cu1.75-sSe на величину

Д5 =

где I - сила тока, t - длительность протекания тока, пх - количество молей селена в образце, ^ - постоянная Фарадея.

Электронная проводимость измерялась на постоянном токе четырехзондовым методом при двух направлениях тока для исключения вклада термо-э.д.с. Коэффициент электронной термо-э.д.с. измеряли в отсутствие тока через образец по методике, описанной в работе [25]. Погрешность измерений не превышала 4-5 %.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Зависимость электронной проводимости от замещения меди литием На рис. 1 приведена зависимость электронной проводимости сплавов LixCul.75Se от содержания лития при температуре 20 °С. При допировании Сщ.7^е литием проводимость практически линейно уменьшается до содержания х ~ 0.15, что можно объяснить уменьшением концентрации дырок, так как в целом по металлу состав приближается к стехиомет-рическому, и соответственно уменьшается концентрация вакансий в катионной подрешетке.

о 0,1 0,2 0,3

х, сНтепз юп1е5 з гтЛз

Рис. 1. Зависимость электронной проводимости образцов ЫхСщ.75Ве от содержания лития при 20 °С.

Изменение характера зависимости при х > 0.17 объясняется изменением механизма дефектообразо-вания - сплавы LiyCu2-xSe могут существовать и с избытком металла (у > х), т.е. имеют двустороннюю область гомогенности, что приводит к появлению минимума на зависимости проводимости от состава.

3.2. Экстракция меди из Li0.2sCu1.7sSe

На рис. 2 представлены зависимости электронной проводимости сте от изменения стехиометриче-ского индекса 5 меди образцов Lio.25Cul.75-8Se в пределах их области гомогенности для температур 320, 360, 410 и 450 °С. Известно, что в селениде меди Си2^е имеется широкая области гомогенности по меди 5 = 0.25 [15]. Ширина области гомогенности Lio.25Cul.75-5Se по меди по нашей оценке из данных кулонометрического титрования составляет величину 5 = 0.10-0.12 в зависимости от температуры. Кривые кулонометрического титрования, снятые в

ходе измерений электронной проводимости Lio.25Cul.75-sSe, показаны на рис. 3.

Известно, что при экстракции меди из a-Cu2-sSe проводимость увеличивается с ростом степени не-стехиометричности в пределах всей области гомогенности, что объясняется ростом концентрации дырок, возникающих в валентной зоне при ионизации вводимых вакансий в металлической подрешетке [15, 16]. При этом часть меди в решетке меняет валентность и переходит из состояния Си+ в состояние Си2+, что обеспечивает электронейтральность решетки полупроводника.

8, сНтепзюпкзз Ш1Г(5

Рис. 2. Зависимость электронной проводимости Lio.25Cul.75-5Se от недостатка меди в катионной подрешетке при разной температуре.

0 ...........

0 0,05 0,1

б, сИтешюгйезз ипйз

Рис. 3. Зависимость э.д.с. ячейки Cu/CuI/Lio.25Cul.75-5Se/С от изменения стехиометрического индекса 5, полученные при выводе меди из Li0.25Cu1.75Se при разных средних температурах образца.

На рис. 4 показаны зависимости электронной проводимости от э.д.с. электрохимической ячейки Cu/CuI/Lio.25Cul.75-5Se/Pt, полученные параллельно с измерениями, представленными на рис. 2, для того же образца Lio.25Cul.75-5Se. На графиках видно, что электронная проводимость растет с увеличением э.д.с. ячейки Е, представляющей относительную высоту уровня Ферми электронов в образце Lio.25Cul.75-5Se.

Согласно наблюдаемому знаку коэффициента термо-э.д.с., все образцы Lio.25Cul.75-sSe имеют дырочный тип проводимости. Предположим, что подвижность дырок изменяется незначительно при неболь-

ших изменениях содержания меди в решетке, выражаемого индексом 5. Можно также полагать, что в исследуемом температурном интервале (выше температуры Дебая) все вакансии в подрешетке меди ионизованы. Тогда из известного выражения для проводимости проводника с = enp|ip, где Пр и Цр - концентрация и подвижность дырок, с учетом связи между концентрацией дырок и степенью нестехиометричности np = 5Na/Vm, где Vm - молярный объем фазы, Na - постоянная Авогадро, можно получить формулу для оценки подвижности дырок:

lp=Vm/[F(dc/d5)], где F = eNA = 96480 Кл/моль - постоянная Фарадея.

Рис. 4. Зависимости электронной проводимости от э.д.с. ячейки Cu/CuI/Lio.25Cui.75-sSe/C, полученные при выводе меди из Li0.25Cu1.75Se.

Величину dc/d5 можно определить из угла наклона экспериментальной зависимости сте(5) на рис. 2. Полученные таким образом данные о подвиж-ностях дырок в Lio.25Cui.75-sSe в области составов 5 < 0.05 показаны на рис. 5.

По данным работы [26] подвижность дырок в Cu2-5Se изменяется от 9 до 15 см2/Вс в пределах области гомогенности. Подвижности дырок в Li0.25Cu1.75Se на порядок ниже. Такие значения подвижности характерны для прыжкового характера проводимости. В отличие от Cu2Se, в котором подвижность зависит от температуры как т-(2Л+24) [26], в Li0 25Cu175Se в области 350-450 °С подвижность падает при повышении температуры как T-107; это означает, что кроме уменьшения времени релаксации при нагреве происходит рост эффективной массы носителей.

На рис. 6 приведены зависимости коэффициента ae электронной термо-э.д.с. от степени нестехиометричности 5 составов Li0.25Cu1.75-5Se, полученные при электрохимическом выводе меди из стехиометриче-ского образца Li0.25Cu1.75Se. На графиках отмечается рост значений ae при экстракции меди, если не считать слабо выраженного локального минимума около 5 = 0.03 при температурах 320 и 360 °С. Зависимость коэффициента электронной термо-э.д.с. от состава заметно усиливается с ростом температуры.

На рис. 7 показаны зависимости коэффициента электронной термо-э.д.с. от значений э.д.с. ячейки

Cu/CuI/Li0.25Cu1.75-5Se/Pt, полученных одновременно с измерениями, представленными на рис. 6, для того же образца Li0.25Cu1.75Se. На графике видно, что коэффициент электронной термо-э.д.с. понижается с ростом э.д.с. ячейки Е, представляющей относительную высоту уровня Ферми электронов в образце Li0.25Cu1.75-5Se. Так же, как и на рис. 6, при температуре 320 °С наблюдается слабо выраженный минимум коэффициента электронной термо-э.д.с., который исчезает с повышением температуры.

Рис. 5. Температурная зависимость подвижности дырок в Li0.25Cu1.75Se в области температур 350-425 °С.

0 0,04 0,08 5, dimensionlessunits Рис. 6. Зависимости коэффициента электронной термо-э.д.с. от содержания экстрагированной меди для составов Lio.25Cu1.75-5Se, при разных средних температурах образца.

В целом, на рис. 6 и 7 отмечается рост коэффициента термо-э.д.с. с повышением температуры.

3.3. Инжекция меди в нестехиомет-рический по металлу Lio.2sCui.75-8Se и Lio.o5Cui.93+eSe

Содержание лития в сплаве влияет на проводимость, понижая подвижность носителей, и возможно, их концентрацию. Это видно из рис. 8, где приведены зависимости электронной проводимости твердых растворов Li0.05Cu1.93+5Se и Li0.25Cu1.73+5Se от содержания инжектированной меди в исходные составы (Li0.05Cu1.93Se и Li0.25Cu1.73Se) при 350 °С. Проводимость Li0.25Cu1.73+5Se ниже в 1.5-2 раза, тогда как подвижность носителей ниже почти в 5 раз (5 см2/Вс у Li0.05Cu1.93+5Se против 1.2 см2/В-с у Lia25Cü1.73+5Se).

Рис. 7. Зависимости коэффициента электронной термо-эдс от от э.д.с. ячейки 0^0^/^.25^1.75-580^, полученные при выводе меди из Li0.25Cu1.75Se.

Рис. 8. Зависимости электронной проводимости твердых растворов Lio.o5Cul.9з+5Se (1) и Lio.25Cul.7з+5Se (2) от содержания меди при 350°, полученные при инжекции меди.

При обратном вводе меди в нестехиометриче-ский Li0.25Cu1.69Se (рис. 9) проводимость вначале быстро падает (компенсируются высокоподвижные носители тока) до состава 5 = 0.04, после чего изменяется слабо (снижается подвижность носителей тока).

Рис. 9. Концентрационные зависимости проводимости сплавов Lio.25Cul.75-5Se, полученных при вводе меди в состав Li0.25Cu1.69Se при различных температурах.

На рис. 10 приведены зависимости электронной проводимости от э.д.с. ячейки Си/СиВг/ Li0.25Cu1.75-5Se/Pt, полученные при инжекции меди в Li0.25Cu1.69Se. Э.д.с. подобной ячейки в смешанных

электронно-ионных проводниках определяется положением уровня Ферми [15]; таким образом, зависимости на рис. 10 отражают изменение проводимости образцов при движении уровня Ферми.

Рис. 10. Зависимости электронной проводимости от э.д.с. ячейки Cu/CuBr/Li0.25Cu1.75-sSe/Pt, полученные при инжекции меди в Li0.25Cu1.69Se.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Замещение меди литием в селениде меди, в целом, приводит к снижению электронной проводимости, связанному с уменьшением подвижности носителей. Зависимость проводимости от содержания лития при комнатной температуре в сплаве LixCu175Se имеет минимум при х « 0.17, что трудно объяснить только изменением подвижности носителей. Очевидно, литий играет роль донорной примеси, приводящей к эффекту компенсации дырок, преобладающих носителей тока в селениде меди.

В гексагональной и кубической фазах Li0.25Cu1.75Se рассчитанные при допущении постоянства концентрации носителей температурные зависимости подвижности носителей тока не вписываются в рамки известных механизмов рассеяния носителей в полупроводниках. Возможным объяснением этого факта может быть изменение эффективной массы носителей с температурой или неприменимость зонной модели проводимости к этим фазам, так как наблюдаемые значения подвижности дырок в гексагональной и кубической фазах Li0.25Cu1.75Se (менее 1 см2/Вс) характерны для прыжкового характера проводимости.

ЛИТЕРАТУРА

1. Liu H., Shi X., Xu F., Zhang L., Zhang W., Chen L., Li Q., Uher C., Day T., and Snyder G. J. Copper ion liquid-like thermoelectric // Nat. Mater. 2012. V.11. P. 422-425.

2. Tyagi K., Gahtori B., Bathula S., Jayasimhadri M., Singh N. K., Sharma S., Haranath D., Srivastava A. K., Dhar A.. Enhanced thermoelectric performance of spark plasma sintered copper-deficient nanostructured copper selenide // J. Phys. Chem. Sol. 2015.V. 81. P. 100-105.

3. Yang L., Chen Z.-G., Han G., Hong M., Zou J. Impacts of Cu deficiency on the thermoelectric properties of Cu2-XSe nano-plates // Acta Materialia. 2016. V. 113. P. 140-146.

4. Юшина Л.Д. Твердотельная хемотроника. Екатеринбург: УрО РАН. 2003. 204 с.

5. Balapanov M.Kh., Zinnurov I.B., Akmanova G.R. The ionic Zee-beck effect and heat of cation transfer in Cu2-5Se superionic conductors // Physics of the Solid State. 2006. V. 48. P. 1868-1871.

6. Casu A., Genovese A., Manna L., Longo P., Buha J. , Botton G. A., Lazar S., Kahaly M. U., Schwingenschloegl U., Prato M., Li H. , Ghosh S., Palazon F., Donato F., Mozo S. L., Zuddas E., and Falqui A. Cu2Se and Cu Nanocrystals as Local Sources of Copper in Thermally Activated In Situ Cation Exchange // ACS Nano. 2016. V. 10. P. 2406-2414.

7. Zhang H., Wang C. , Peng W. , Yang C., Zhong X. Quantum dot sensitized solar cells with efficiency up to 8.7% based on heavily copper-deficient copper selenide counter electrode // Nano Energy, 2016. V. 23. P. 60-69.

8. Yue J.-L., Sun Q. and Fu Z.-W. Cu2Se with facile synthesis as a cathode material for rechargeable sodium batteries // Chem. Commun. 2013. V. 49. P. 5868-5870.

9. Tashiro Y., Taniguchi K., Miyasaka H. Copper Selenide as a New Cathode Material based on Displacement Reaction for Rechargeable Magnesium Batteries // Electrochimica Acta. 2016. V. 210. P. 655-661.

10. Zhang W., Xu J., Yang Z., Ding S., Zeng C., Chen L., Wang Q. Large-Scale Synthesis of Long Crystalline Cu2-xSe Nanowire Bundles by Water-Evaporation-Induced Self-Assembly and Their Application in Gas Sensing // Adv. Funct. Mater. 2009. V.19. P. 1759 - 1766.

11. Wolf A., Kodanek T. and Dorfs D. Tuning the LSPR in copper chal-cogenide nanoparticles by cation intercalation, cation exchange and metal growth // Nanoscale, 2015. V. 7. P. 19519-19527.

12. Kumar P., Singh K. Synthesis, characterizations, and optical properties of copper selenide quantum dots // Struct. Chem., 2011. V.22. P. 103-110.

13. Hessel C. M., Pattani V. P., Rasch M., Panthani M. G., Koo B., Tunnell J. W., Korgel B. A. // Copper Selenide Nanocrystals for Photothermal Therapy // Nano Lett. 2011. V.11. P. 2560-2566.

14. Liu X., Law W.-C., Jeon M., Wang X., Liu M., Kim C., Prasad P. N., Swihart M.T. // Cu2-xSe Nanocrystals with Localized Surface Plasmon Resonance as Sensitive Contrast Agents for In Vivo Photoacoustic Imaging: Demonstration of Sentinel Lymph Node Mapping // Adv. Health. Mat. 2013. V. 2. P. 952-957.

15. Березин В. М., Вяткин Г. П.. Суперионные полупроводниковые халькогениды. Челябинск: Изд. Ю.-УрГУ, 2001. 135 с.

16. Korzhuev M. A., Bankina V. F., Gruzinov B. F., Bushmarina G. S. Electrophysical properties of superionic Cu2-xSe // Semiconductors. 1989. V. 23. P. 959-965.

17. Cunningham P. T., Johnson S. A., and Cairns E. J. Phase Equilibria in Lithium-Chalcogen Systems. I. Lithium- Selenium // J. Electrochem. Soc. 1971. V.118. P. 1941-1944.

18. Balapanov M. Kh., Nadejzdina A. F., Yakshibayev R. A., Luk-manov D. R. Ionic conductivity and chemical diffusion in LixCu2-xSe superionic alloys. // Ionics. 1999. V. 5. P. 20-22.

19. Балапанов М. Х., Зиннуров И.Б., Мухамедьянов У.Х. Ионная проводимость и химическая диффузия в твердых растворах суперионных проводников Cu2X-Me2X (Me = Ag, Li; X = S, Se) // Электрохимия. 2007. Т. 43, №5. С. 611-615.

20. Балапанов М. Х. Влияние катионного замещения на явления переноса ионов в суперионных халькогенидах меди // Вестник Башкирского университета. 2006. №2. С. 32-35.

21. Биккулова Н. Н., Данилкин С. А., Бескровный А. И., Ядровский Е. Л., Семенов В. А., Балапанов М. Х., Асылгужина Г. Н., Саг-даткиреева М. Б., Мухамедьянов У. Х. Нейтронографическое исследование фазовых переходов в суперионном проводнике Cu1.75Li0.25Se // Кристаллография. 2003. Т. 48. № 3. С. 506-509.

22. Balapanov M. Kh., Bikkulova N. N., Mukhamedyanov U. Kh., Asilguschina G. N., Musalimov R. Sh., and Zeleev M. Kh. Phase transitions and transport phenomena in Li0.25Cu1.75Se superionic compound // Phys. Stat. Sol. B. 2004. V. 241. P. 3517-3524.

23. Балапанов М. Х. Ионный и электронный перенос в твердых растворах суперионных халькогенидов меди, серебра и лития // Автореф. дисс. ... д-ра физ.-мат. наук. Уфа. 2006. 40 с.

24. Ишембетов Р. Х., Юлаева Ю. Х., Балапанов М. Х., Шари-пов Т. И., Якшибаев Р. А. Электрофизические свойства наноструктурированного селенида меди (Cu1.9Li0.1Se) // Перспективные материалы. 2011. N° 12. С. 55-59.

25. Wagner C. The Thermoelectric Power of Cells with Ionic Compounds Involving Ionic and Electronic Conduction // Progr. Sol. Chem. Phys. 1972. V.7. P. 1-37.

26. Восканян А. А., Инглизян П. Н., Лалыкин С. П., Плютто И. А., Шевченко Я. М. Электрические свойства селенида меди // ФТП. 1978. Т.12. С. 2096-2099.

Поступила в редакцию 16.12.2016 г.

INFLUENCE OF COPPER CONCENTRATION ON ELECTRONIC CONDUCTIVITY AND ZEEBECK COEFFICIENT OF LixCui.7s-iSe (X < 0.25) COMPOUNDS

© M. Kh. Balapanov1*, I. B. Zinnurov1, K. A. Kuterbekov2, R. Kh. Ishembetov1, M. M. Kubenova2, R. A. Yakshibaev1

1Bashkir State University 32 Zaki Validi Street, 450076 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.

2L. N. Gumilyov Eurasian National University 2 Mirzoyan Street, 010008 Astana, Kazakhstan.

*Email: [email protected]

The influence of copper concentration on the electronic conductivity and Zeebeck coefficient of LixCui.75-sSe (x < 0.25) compounds has been studied. LixCui.75-sSe (x < 0.25) compounds were prepared by electrochemical lithium insertion into Cui.75Se copper selenide at room temperature in dry argon atmosphere. The electrochemical cell Li / 1 M LiClO4 in propylene carbonate / Cui.75Se / C has been used. It was found that at doping of nonstoichi-ometric lithium selenide Cui.75Se by lithium, the conductivity initially decreases passing through a minimum near x ~ 0.i7 and then the conductivity is weakly increasing. At electrochemical extraction of copper from Lio.25Cui.75-sSe compound, the conductivity decreases. Using the concentration dependences of the conductivity, mobility's values of the dominant charge carriers were estimated at neglecting by the influence of the thermal generation of carriers on the conductivity. Obtained values of the hole mobility were 5 cm2/V-s for Li0.05Cui.95Se and i.2 cm2/V-s for Li0.25Cui.75Se at 350 °C. Zeebeck coefficients demonstrate a positive sign for all compositions. At copper extraction out of Li0.25Cui.75-sSe at temperatures of 320 °C and 360 °C Zeebeck coefficient passes through a weak minimum near 5 = 0.03.

Keywords: copper selenide, thermoelectric materials, electronic conductivity, Zeebeck coefficient.

Published in Russian. Do not hesitate to contact us at [email protected] if you need translation of the article.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

REFERENCES

1. Liu H., Shi X., Xu F., Zhang L., Zhang W., Chen L., Li Q., Uher C., Day T., and Snyder G. J. Nat. Mater. 20i2. V.ii. Pp. 422-425.

2. Tyagi K., Gahtori B., Bathula S., Jayasimhadri M., Singh N. K., Sharma S., Haranath D., Srivastava A. K., Dhar A.. Enhanced thermoelectric performance of spark plasma sintered copper-deficient nanostructured copper selenide. J. Phys. Chem. Sol. 20i5. Vol. 8i. Pp. i00-i05.

3. Yang L., Chen Z.-G., Han G., Hong M., Zou J. Acta Materialia. 20i6. Vol. ii3. Pp. i40-i46.

4. Yushina L.D. Tverdotel'naya khemotronika [Chemotronics of solid substances]. Ekaterinburg: UrO RAN. 2003.

5. Balapanov M.Kh., Zinnurov I.B., Akmanova G.R. Physics of the Solid State. 2006. Vol. 48. Pp. i868-i87i.

6. Casu A., Genovese A., Manna L., Longo P., Buha J. , Botton G. A., Lazar S., Kahaly M. U. ACS Nano. 20i6. Vol. i0. Pp. 2406-24i4.

7. Zhang H., Wang C. , Peng W. , Yang C., Zhong X. Nano Energy, 20i6. Vol. 23. Pp. 60-69.

8. Yue J.-L., Sun Q. and Fu Z.-W. Pp. 2Se with facile synthesis as a cathode material for rechargeable sodium batteries. Chem. Commun. 20i3. Vol. 49. Pp. 5868-5870.

9. Tashiro Y., Taniguchi K., Miyasaka H. Electrochimica Acta. 20i6. Vol. 2i0. Pp. 655-66i.

10. Zhang W., Xu J., Yang Z., Ding S., Zeng C., Chen L., Wang Q. Adv. Funct. Mater. 2009. V.i9. Pp. i759 - i766.

11. Wolf A., Kodanek T. and Dorfs D. Nanoscale, 20i5. Vol. 7. Pp. i95i9-i9527.

12. Kumar P., Singh K. Struct. Chem., 20ii. V.22. Pp. i03-ii0.

13. Hessel C. M., Pattani V. P., Rasch M., Panthani M. G., Koo B., Tunnell J. W., Korgel B. A. Nano Lett. 20ii. V.ii. Pp. 2560-2566.

14. Liu X., Law W.-C., Jeon M., Wang X., Liu M., Kim C., Prasad P. N., Swihart M.T. Pp. 2-xSe Nanocrystals with Localized Surface Plasmon Resonance as Sensitive Contrast Agents for In Vivo Photoacoustic Imaging: Demonstration of Sentinel Lymph Node Mapping. Adv. Health. Mat. 20i3. Vol. 2. Pp. 952-957.

15. Berezin V. M., Vyatkin G. P.. Superionnye poluprovodnikovye khal'kogenidy [Superionic semiconductor chalcogenides]. Chelyabinsk: Izd. Yu.-UrGU, 200i.

16. Korzhuev M. A., Bankina V. F., Gruzinov B. F., Bushmarina G. S. Semiconductors. i989. Vol. 23. Pp. 959-965.

17. Cunningham P. T., Johnson S. A., and Cairns E. J. J. Electrochem. Soc. i97i. V.ii8. Pp. i94i-i944.

18. Balapanov M. Kh., Nadejzdina A. F., Yakshibayev R. A., Lukmanov D. R. Ionics. i999. Vol. 5. Pp. 20-22.

19. Balapanov M. Kh., Zinnurov I.B. Elektrokhimiya. 2007. Vol. 43, No. 5. Pp. 6ii-6i5.

20. Balapanov M. Kh. Vestnik Bashkirskogo universiteta. 2006. No. 2. Pp. 32-35.

ISSN 1998-4812

BeciHHK EamKHpcKoro yHHBepcHTeTa. 2017. T. 22. №1

47

21. Bikkulova N. N., Danilkin S. A., Beskrovnyi A. I., Yadrovskii E. L., Semenov V. A., Balapanov M. Kh., Asylguzhina G. N., Sagdatkireeva M. B. Kristallografiya. 2003. Vol. 48. No. 3. Pp. 506-509.

22. Balapanov M. Kh., Bikkulova N. N., Mukhamedyanov U. Kh., Asilguschina G. N., Musalimov R. Sh., and Zeleev M. Kh. Phys. Stat. Sol. B. 2004. Vol. 241. Pp. 3517-3524.

23. Balapanov M. Kh. Avtoref. diss. ... d-ra fiz.-mat. nauk. Ufa. 2006.

24. Ishembetov R. Kh., Yulaeva Yu. Kh., Balapanov M. Kh., Sharipov T. I., Yakshibaev R. A. Perspektivnye materialy. 2011. No. 12. Pp. 55-59.

25. Wagner C. Progr. Sol. Chem. Phys. 1972. V.7. Pp. 1-37.

26. Voskanyan A. A., Inglizyan P. N., Lalykin S. P., Plyutto I. A., Shevchenko Ya. M. FTP. 1978. Vol. 12. Pp. 2096-2099.

Received 16.12.2016.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.