Εξερευνώντας τις θερμοηλεκτρικές ιδιότητες των χαλκογονιδίων μετάλλων μεταπτώσεως:TcX2(X=S, Se, Te)
Τα χαλκογονίδια μετάλλων μεταπτώσεως (TMCs) ως πιθανοί υποψήφιοι για εφαρμογή στο πεδίο θερμοηλεκτρικής μετατροπής έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή. TcX2 (X=S, Se, Te) είναι επίσης μέλος της οικογένειας των χαλκογονιδίων μετάλλων μετάπτωσης (TMC).
Στο παρελθόν, οι δομικές, μηχανικές, ηλεκτρονικές και οπτικές ιδιότητες του TcX2 έχουν ερευνηθεί. Αλλά δεν υπάρχει έρευνα για τις θερμοηλεκτρικές ιδιότητες αυτών των υλικών. TcS2 , TcSe2 και TcTe2 είναι ισοδομικές κρυσταλλικές μορφές και έχουν τρικλινικές δομές με διαστημική ομάδα Ρ-1. Το κελί μονάδας αυτών των υλικών περιέχει τέσσερις μονάδες τύπου (Z =4) και αντιστοιχεί στην παραμόρφωση ενός Cd(OH)2 κυψέλη τύπου, όπου τα άτομα Tc σχηματίζουν αλυσίδες σε σχήμα διαμαντιού Tc με τη μορφή οκταεδρικού συντονισμού και μπορούν εύκολα να απολεπιστούν σε μονοστοιβάδα. Αυτές οι τρεις ενώσεις είναι όλες ημιαγωγοί.
Χρησιμοποιώντας τις πρώτες αρχές της συναρτησιακής θεωρίας πυκνότητας, τη μέθοδο δυναμικού παραμόρφωσης και την προσέγγιση μεταφοράς Boltzmann, τις θερμοηλεκτρικές ιδιότητες του TcX2 (X=S, Se, Te) έχουν μελετηθεί. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το TcX2 (X=S, Se, Te) είναι ημιαγωγοί με έμμεσο διάκενο ζώνης 0,99 eV, 0,73eV, 0,10 eV, αντίστοιχα. Η αγωγιμότητα έχει μεγαλύτερη τιμή στην περιοχή χαμηλής θερμοκρασίας σε σύγκριση με την περιοχή υψηλής θερμοκρασίας και οι αγωγιμότητες για ντόπινγκ τύπου p είναι πάντα μεγαλύτερες από αυτές για ντόπινγκ τύπου n για TcS2 και TcTe2 προς όλες τις κατευθύνσεις, για TcSe2 κατά μήκος της κατεύθυνσης x και z, στη συνέχεια αυξάνεται καθώς αυξάνεται το επίπεδο ντόπινγκ.
Το μέγεθος της ηλεκτρικής αγωγιμότητας για TcX2 (X=S, Se, Te) μπορεί να φτάσει τα 10/Ωm, 10/Ωm, 10/Ωm, αντίστοιχα. Για TcS2 , όταν το επίπεδο p-doping είναι μεγαλύτερο από 10 cm, η τιμή της ηλεκτρονικής θερμικής αγωγιμότητας είναι πάντα μεγαλύτερη από 200W/mK. Οι μέγιστες τιμές ηλεκτρονικής θερμικής αγωγιμότητας είναι 400W/mK, 600W/mK και 0,04W/mK κατά τις κατευθύνσεις x, y και z, αντίστοιχα. Για TcSe2 η μέγιστη τιμή αγωγιμότητας είναι 8,5 W/mK κατά τη διεύθυνση x, 18 W/mK κατά την κατεύθυνση y και 0,03 W/mK κατά τη διεύθυνση z. Για TcTe2 , η ηλεκτρονική θερμική αγωγιμότητα διατηρεί μεγάλη τιμή σε όλες τις τιμές θερμοκρασίας και τα επίπεδα ντόπινγκ.
TcS2 και TcSe2 έχουν υψηλό S τόσο για ντόπινγκ τύπου p όσο και για ντόπινγκ τύπου n, το οποίο είναι μεγέθους 10 V/K, και οι κορυφές του συντελεστή Seebeck μετατοπίζονται προς τα πάνω καθώς το επίπεδο ντόπινγκ εξασθενεί. Οι συντελεστές Seebeck του TcTe2 είναι πάντα μικρότερα από V/K. Το PF μπορεί να ενισχυθεί σημαντικά με ντόπινγκ τύπου p για TcS2 και TcTe2 προς όλες τις κατευθύνσεις, για TcS2 κατά μήκος της κατεύθυνσης x. Επιπλέον, το ντόπινγκ τύπου n είναι πολύ καλύτερο για άλλες κατευθύνσεις. Αυτά τα φαινόμενα σημαίνουν ότι το TcX2 έχει πιθανή εφαρμογή στο θερμοηλεκτρικό πεδίο.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Thermoelectric properties of TcX2(X=S, Se, Te), που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Journal of Alloys and Compounds. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους X. Jiang, L. Zhu και K.L. Yao από το Huazhong University of Science and Technology.
