การปรับปรุงสมบัติเทอร์โมอิเล็กทริกของเดลาฟอสไซท์ฐานทองแดง ด้วยการเจือแทนที่บางส่วน

Abstract

บทคัดย่อ

บทความนี้ได้กล่าวถึงวิธีการปรับปรุงสมบัติวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกในสารประกอบเดลาฟอสไซท์ฐานทองแดง (Cu¹⁺B³⁺O₂) ด้วยวิธีการแทนที่บางส่วนของไอออน M²⁺ ลงในตำแหน่งอะตอม B โดยในควรเลือกธาตุที่มีรัศมีไอออน M²⁺ เล็กกว่ารัศมีไอออน B³⁺  เพื่อให้สามารถแทนที่ได้   แล้วมีผลทำให้ค่าสภาพการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น  ในกรณีของอะตอม B ควรเป็นธาตุในกลุ่มของธาตุทรานซิชันเพราะจะเกิดการสหสัมพันธ์อย่างเข้มระหว่าง Spin และ Orbital ของประจุไฟฟ้า มีผลทำให้ค่าสัมประสิทธิ์ซีเบคสูงขึ้นอีก  และเพื่อให้เกิดการลดต่ำลงของค่าสภาพนำความร้อนต่ำ ควรเลือกธาตุ M ที่มีมวลอะตอมขนาดใหญ่  ซึ่งทำให้น้ำหนักของสารประกอบเพิ่มขึ้น มีผลต่อการลดลงของค่าสภาพนำความร้อน   เมื่อสมบัติทางเทอร์โมอิเล็กทริกทั้ง 3 ค่าถูกปรับปรุงขึ้นแล้ว จะให้ค่า ZT ของสารประกอบเดลาฟอสไซท์ฐานทองแดงสูงขึ้น  จากเหตุผลดังกล่าวจึงทำให้สามารถเพิ่มค่า ZT ของสารประกอบ CuFeO₂ เดลาฟอสไซท์ ด้วยการแทนที่บางส่วนของไอออน Sn²⁺ลงในตำแหน่งอะตอม Fe ตามสูตร CuFe_1-xSn_xO₂ โดยเพิ่มค่า ZT เป็น 0.06 ใน x=0.03 และ 0.12 ใน x=0.05 ที่อุณหภูมิ 950 K จากที่ CuFeO₂ มีค่า ZT 0.025 ที่ 950 K

คำสำคัญ : เทอร์โมอิเล็กทริก, เดลาฟอสไซท์, การแทนที่บางส่วน

Abstract

This article concerns with the thermoelectric properties improvement of Cu-based delafossite (Cu¹⁺B³⁺O₂) by M²⁺ cations partial substitution for Bsites. By substitution, ionic radii of M²⁺ ions should smaller than ionic radii of B³⁺ cations for a resulting of increasing the electrical conductivity. In case of B sites, it should be selected in the transition element for enhancing the Seebeck coefficient as a resulting from the strong correlation between spin and orbital of charge carriers. For reducing the thermal conductivity, the M should be selected in large atomic mass element for raising molecule weight. Totally, when the 3 values of thermoelectric properties are improved, the ZT value of the Cu-based delafossite is enhanced. By the reason, the ZT values, which  are 0.06 and 0.12 for x=0.03 and 0.05 respectively at 950 K, of CuFeO₂ delafossite can be improved by partial substitution of Sn²⁺ cation for Fe sites (CuFe_1-xSn_xO₂) as referencing with ZT = 0.025 of at 950 K for CuFeO₂.

Keywords: Thermoelectric,  Delafossite  Oxide,  Partial Substitution