La transición de semiconductor a semimetal en el dopaje de Te en un nuevo material semiconductor Ba_2.75 Pb_1.1 Sb_4.1...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química del estado sólido
• Química inorgánica

Sus antecedentes:

• Los chalcogénidos semiconductores que contienen antimonio son prometedores para aplicaciones termoeléctricas y optoelectrónicas.
• El desarrollo de nuevos materiales con propiedades termoeléctricas mejoradas es crucial para la recolección de energía y los dispositivos electrónicos.

Objetivo del estudio:

• Síntesis y caracterización de una nueva serie de calogenuros policristalinos que contienen antimonio, Ba2.75Pb1.1Sb4.1Se10-δTeδ (δ = 0 a 4).
• Investigar las propiedades estructurales, eléctricas y térmicas de estos materiales.
• Evaluar su potencial para aplicaciones termoeléctricas.

Principales métodos:

• Síntesis de muestras policristalinas mediante elementos de calentamiento a 1073 K.
• Difracción de rayos X monocristalino para la determinación estructural del selenuro de origen.
• Difracción de rayos X en polvo (PXRD) para estudiar la sustitución de Te.
• Mediciones ópticas de la brecha de banda.
• Mediciones de la conductividad térmica y eléctrica a 773 K.

Principales resultados:

• El compuesto de origen Ba2.75Pb1.1Sb4.1Se10 cristaliza en el grupo espacial monoclino P21/c.
• Hasta el 40% de los átomos de Se pueden ser sustituidos por Te, siguiendo la ley de Vegard.
• Las muestras con δ = 0, 1, 2 muestran un comportamiento semiconductor, mientras que δ = 3, 4 muestran una conductividad semimetálica.
• Se observó una conductividad térmica ultra baja (κtot ≈ 0.24 W m−1 K−1) para Ba2.75Pb1.1Sb4.1Se10 a 773 K.
• La sustitución de Te mejoró significativamente la conductividad eléctrica, lo que condujo a una cifra de mérito termoeléctrico mejorada (zT) de 0,09 para δ = 4 a 773 K.

Conclusiones:

• La serie Ba2.75Pb1.1Sb4.1Se10-δTeδ sintetizada muestra propiedades electrónicas sintonizables a través de la sustitución de Te.
• Estos materiales exhiben una prometedora baja conductividad térmica y un mejor transporte eléctrico, lo que los convierte en candidatos potenciales para dispositivos termoeléctricos.
• Una mayor optimización podría conducir a un mayor rendimiento termoeléctrico.