ТермоЕРС і електропровідність твердих розчинів кобальтитів-галатів лантану і неодиму

Abstract

У роботі викладено результати експериментального вивчення термоЕРС і електропровідності на постійному струмі твердих розчинів LaCo1–xGaxO3 і NdCo1–xGaxO3 в інтервалі температур 300–1050 К. Показано, що температурна залежність коефіцієнта термоЕРС (S) має складний характер. За кімнатної температури в обох досліджених системах за 0 ≤ х ≤ 0.3 S має від’ємні значення, зі збільшенням температури S зростає, проходить через нуль за 435–530 К (LaCo1–xGaxO3) або 490–540 К (NdCo1–xGaxO3), досягає максимальних значень за 560–650 К (LaCo1–xGaxO3) або 560–705 К (NdCo1–xGaxO3) і потім зменшується. Показано, що залежність питомої електропровідності (σ) від температури для зразків з малими значеннями х має S-подібний характер, причому для багатьох зразків за високих температур зафіксований перехід від напівпровідникового до металевого типу провідності. Розраховано величини енергії активації електропровідності (Е) для різних температурних інтервалів, проаналізовано залежність Е від температури і складу твердого розчину (величини х). Для обох досліджених систем в області високих температур виявлено ділянки, де задовільно виконується співвідношення S = С – А·lnσ, справедливе для напівпровідників з одним типом носіїв струму. На підставі отриманих даних для перескокового механізму електропровідності оцінено частку іонів Со3+, відповідальних за електропровідність. На підставі розрахованих значень факторів потужності (P) показано, що кобальтити NdCo0.8Ga0.2O3, LaCo0.8Ga0.2O3 – перспективні оксидні термоелектричні матеріали.

В работе приведены результаты экспериментального изучения термоЭДС и электропроводности на постоянном токе твердых растворов LaCo1–xGaxO3 и NdCo1–xGaxO3 в интервале температур 300–1050 К. Показано, что температурная зависимость коэффициента термоЭДС (S) носит сложный характер. При комнатной температуре в обеих исследованных системах при 0 ≤ х ≤ 0.3 S имеет отрицательные значения. При увеличении температуры S возрастает, проходит через ноль при 435–530 К (LaCo1–xGaxO3) или 490–540 К (NdCo1–xGaxO3), достигает максимальных значений при 560–650 К (LaCo1–xGaxO3) или 560–705 К (NdCo1–xGaxO3) и затем уменьшается. Показано, что зависимость удельной электропроводности (σ) от температуры для образцов с малыми значениями х носит S-образный характер, причем для ряда образцов при высоких температурах зафиксирован переход от полупроводникового к металлическому типу проводимости. Рассчитаны величины энергии активации электропроводности (Е) для различных температурных интервалов, проанализирована зависимость Е от температуры и состава твердого раствора (величины х). Для обеих исследованных систем в области высоких температур обнаружены участки, где удовлетворительно выполняется соотношение S = С – А·lnσ, справедливое для полупроводников с одним типом носителей тока. На основании полученных данных для перескокового механизма электропроводности оценена доля ионов Со3+, ответственных за электропроводность. На основании рассчитанных значений факторов мощности (P) показано, что кобальтиты NdCo0.8Ga0.2O3, LaCo0.8Ga0.2O3 являются перспективными оксидными термоэлектрическими материалами.

This paper gives the results of experimental research on thermoEMF and direct current electric conductivity of LaCo1–xGaxO3 and NdCo1–xGaxO3 solid solutions in the temperature range 300–1050 K. It is shown that temperature dependence of thermoelectric coefficient (S) is of a complicated nature. Thus, at room temperature in both studied systems at 0 ≤ х ≤ 0.3 S has negative values. With increasing temperature, S grows, passes through zero at 435–530 K (LaCo1–xGaxO3) or 490–540 K (NdCo1–xGaxO3), reaches maximum values at 560– 650 K (LaCo1–xGaxO3) or 560–705 K (NdCo1–xGaxO3) and then is reduced. It is shown that temperature dependence of electric conductivity (σ) for samples with low х values is S-like, during which for a series of samples at high temperatures a transition from semiconductor to metal conductivity type has been noted. The values of activation energy of electric conductivity (Е) were calculated for different temperature ranges, dependence of Е on temperature and composition of solid solution (х value) was analyzed. For both studied systems in the high-temperature region the areas were found where the relationship S = С – А·lnσ, valid for semiconductors with one type of current carriers, is satisfactorily met. Based on the resulting data for jumping electric conductivity mechanism, the share of Со3+ ions responsible for electric conductivity was assessed. Based on the calculated values of power factor (P), NdCo0.8Ga0.2O3, LaCo0.8Ga0.2O3 cobaltites were shown to be promising oxide thermoelectric materials.