Name: synthesis of non-uniformly pr-doped srtio3 ceramics and their thermoelectric properties
Uploaded: 2015-08-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 7 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties at JoVE.com

The authors wish to acknowledge the competitive faculty-initiated collaboration (FIC) grant from KAUST.

Pr-katkılı SrTiO 3 Tozu 1. Hazırlık <ol><li> SrCO3 toz (7,53407 g), TiO2 nanopowder (4,28983 g), ve Pr, stoikiometrik miktarları, TiO 3 Pr 0.05 0.95 Sr tozu 10 g ağırlığında hazırlanması için 2 O reaksiyonu takiben 3 sinterlenmiş yumru (0,44299 g) x = 0.05 için: </li></ol><img alt="Denklem 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/52869/52869eq1.JPG" width="550" /><ol start="2"><li> Bir akik havan ve havan tokmağı kullanılarak ince parçacıklar için tartılır Pr 2 O 3 sinterlenmiş topaklar öğütün. </li><li> Pr 2 O ila 3 tartılmış SrCO3 tozu ve TiO2 nanopowder ekleyin ve öğütme ve görsel olarak homojen bir toz elde edilene kadar bir akik havan ve havan tokmağı kullanılarak karıştırmaya devam edin. </li><li> Bir cam kavanoz içine toprak tozu yükleyin ve 30 dakika th homojenize bir türbülatörü kullanarak mixE karışımı ile gerçekleştirilmektedir. </li><li> Bir titizlikle temizleniyor ve cilalı paslanmaz çelik kalıbı (çapı 1 inç) içine sonuçlanan karışık toz yükleyin ve iki paslanmaz çelik pistonları arasına sandviç. </li><li> Soğuk pres yaklaşık 1 metrik ton yük altında bir basın kullanarak toz. </li><li> Bir oyulmuş paslanmaz çelik silindir üzerinde kalıp yerleştirerek ve bir itme çubuk kullanarak üstten dışarı pistonları ve pelet iterek soğuk preslenmiş pelet çıkarın. Kalıptan soğuk preslenmiş pellet (yeşil gövde) ve ejeksiyon üzerine hafifçe viski-bant küçük bir parça ile pelet kaplama ve bant müthiş bir ince bir tabaka kaldırarak pelet çevresel yüzeyinde herhangi bir kirlenmeyi temizleyin. </li><li> Alümina tekne ve soğuk pres pelet arasındaki bariyer olarak ticari olarak satın SrTiO 3 toz dolu bir alümina tekne dikey pelet yerleştirin. </li><li> Bir tüp fırın içinde tekne yerleştirin 3 saat 1300 ° C&#39;ye kadar ısıtmak ve 15 boyunca bu sıcaklıkta tutmakhr. Kalsinasyon bittiğinde pelet fırının içinde oda sıcaklığına soğumasını bekleyin. Bu adım, daha sonra &quot;kalsinasyon işlemi&quot; olarak adlandırılır. </li><li> Akik havan ve havan tokmağı kullanılarak pelet öğütün ve daha fazla türbülatörün kullanılarak karıştırılması için bir cam kavanoz içine elde edilen toz yükleyin. </li><li> Yükünün yaklaşık 3 ton altında preslenmiş paslanmaz çelik kalıp ve soğuk içine toz yükleyin. </li><li> 3 saat içinde 1400 ° C&#39;de adım 1.9 bir kez daha tekrar edin ve 20 saat boyunca bu sıcaklıkta tutun. </li><li> Akik havan ve tokmak kullanılarak pelet öğütün. </li><li> Tekrarlayın katı hal reaksiyonu tamamlanması ulaşması için 1.11, 1.12, 1.13 ve bir kez daha yineleyin. </li></ol> Toplu Polycrystalline Pr katkılı SrTiO 3 Seramik 2. Hazırlık <ol><li> (2 mm kalınlığında ve çapında 12.7 mm disk için) halinde hazırlanan tozun 1.6 g tartılır. </li><li> Üst ve alt kapak inte dairesel graphoil ParçalanGrafit kalıpta sıkıştırılan tozu ve grafit piston rface. Ayrıca, grafit, kalıbın iç duvarı kapsayacak şekilde bir dikdörtgen graphoil parça hazırlanır. </li><li> Bir grafit kalıp içine, bu şekilde hazırlanan bir toz (iç çapı 12.7 mm) yükleyin ve aynı büyüklükte iki grafit dalma pistonları arasında toz sandviç. Grafit kalıbın uzunluğunun ortasında bir 2 mm delik açın ve kalıbın dış yüzeyi sıcaklık okuma iç yüzeyinin yaklaşık 2 mm arasındadır. Not: die dışında kalan grafit pistonları uzunluğunu ayarlayın ve delik doğru sıcaklık okuma almak için yerleştirilir sandviç toz silindirin merkezini yerleştirin. grafit pistonları yüzleri titizlikle adet işleme sırasında tesviye edilmesi gereklidir. Herhangi bir hiza kıvılcım plazma sinterleme sırasında sinterlenmiş pelet çatlaması neden olabilir. </li><li> Soğuk pres kıvılcım montaj öncesinde basın kullanarak toz nazikçe (yük &lt;200 kg)odası içinde plazma sinterleme plakası. Grafit pompalarını zarar görmesini önlemek için alt ve üst pistonları basın aşaması arasındaki yassı paslanmaz çelik destek tabak kullanın. </li><li> Grafit bir parça yalıtımı için kalıbın etrafına sarın hissettim ve grafit iplik ile sabitleyin. Sıcaklık okuma delik kalıbı yerleştirilir keçe dikdörtgen bir parça keserek keçe grafit bir pencere tasarlamak. </li><li> Kıvılcım plazma sinterleme odasında yüklenen grafit kalıp ve pistonları yerleştirin. Nihai pozisyona sahne taşıyın. </li><li> Odak ve kalıp sıcaklığı okuma delik Pirometre hedef daire hizalayın. Pirometre emisyon ayarı grafit için ayarlanmış olduğundan emin olun. </li><li> Odasına kapatın ve numune üzerinde 7.7 kN yük (yaklaşık 60 Mpa) koyun. Vakum ve Ar ile üç kez odasına temizlemek ve 6 Pa dinamik vakum altında odasını terk. </li><li> Elle akımı (artan veya kullanarak sıcaklık artışıprogramı). 250 A min -1 kullanın (tekabül yaklaşık 300-400 ° C min -1) optimize numuneler için. Bu kıvılcım, plazma sinterleme sürecinin en önemli adımdır. </li><li> El mevcut ayarlama ya da programı kullanılarak 5 dakika boyunca 1500 ° C&#39;de sıcaklığı muhafaza edin. 5 dk tutma süresi sonunda, soğuma esnasında numunenin çatlamasını önlemek için 7.7 kN yük serbest hızla akımı kapatmak ve. Odasının içine RT numune soğuması. </li><li> Yavaşça soğuk pres kullanılarak kalıp grafit dökme pelet bırakın. Bu oyulmuş çelik silindir grafit kalıp yerleştirerek ve pelet ve üstten çubuk iterek bir çelik kullanılarak grafit pompalarını püskürtülmesi ile yapılır. </li><li> Keskin bir tıraş bıçağı kullanarak pelet üst ve alt yüzler gibi çevresel yüzeyi üzerine graphoil çıkarın. </li><li> Sağlamak için her taraftan bir kaba kum kağıt aşağı 0.3-0.5 mm (400 ızgara) kullanılarak örnek Lehçegraphoil tamamen kaldırılması. Aseton ile örnek temizleyin. </li></ol> Toplu Seramik 3. Elektronik Karakterizasyonu ve Termal Taşıma Özellikleri <ol><li> Arşimet yöntemi kullanılarak seramik disk, ρ yoğunluğunu belirler. </li><li> Numunenin ağırlığı ölçümü, W, kuru ve daha sonra su içine daldırılmış örnek, ağırlık G, bir stabilize edilmiş yoğunluk ölçümü sistemine, ıslak ve gelen Arşimed yoğunluğunu hesaplamak </li></ol><img alt="Denklem 2" fo:content-width="2.1in" src="/files/ftp_upload/52869/52869eq2.JPG" width="260" /> ρ, su ölçüm sıcaklığında suyun yoğunluğudur. 14 (örneğin, 1 g cm--3 300 K olarak eşittir) <ol start="2"><li> Ar&#39;nin, bir 75 mi dk -1 akışı altında, geçici lazer flaş yöntemi kullanılarak, örnek, d termal yayılma ölçün. Kalınlığını ölçünörnek, L, doğru, ilk dijital mikrometre kullanılarak. Not: Farklı boyutlarda ve şekillerde (örneğin, yuvarlak disklerin çapı kare veya 10 x 10 mm 2 diskler 12.7 mm) ve kalınlıklara sahip olan paralel yüzlü örnekler kolaylıkla ölçülebilir 0,5 mm ila 5 arasındadır. <ol><li> Lazer flaş termik yayıcılığıdır tekniğinde, kısa bir süre (~ 1 msn) lazer ışını numunenin bir yüzü ışın tedavisi ve bir kızıl-ötesi detektör tarafından karşıt yüzeye tutturulmasıdır sıcaklık artışı kaydedin. Sonra numunenin kalınlığı ve Parker denklemi 15 kullanılarak sıcaklık artışı zaman profilinden lazer flaş arayüz yazılımı ile termal yayılma hesaplamak </li></ol></li></ol><img alt="Denklem 3" fo:content-width="1.9in" src="/files/ftp_upload/52869/52869eq3.JPG" width="220" /> burada L disk ve t 1/2 kalınlığı, diğer s maksimum sıcaklık yükselişi yarı-zamanı olduğunuNumunenin ide. Not: Parker modeli 15 adyabatik numune ve diğer modeller gibi ısı kayıpları, sonlu darbe süresi, homojen olmayan darbe ısıtma ve homojen olmayan olarak ölçüm çeşitli kayıplar hesaba yıllar üzerinde ileri sürülmüştür anlık nabız ısıtma ideal koşullar varsayar yapıları. Biz en gelişmiş yöntemlerden biri olan darbe düzeltme ile Cowan modeli 16 kullandık. Bu kızılötesi detektör tarafından gözlemlenen sinyal ön yüzeyine iletilen ısı enerjisi miktarını en üst düzeye çıkarmak ve en üst düzeye çıkarmak amacıyla, örnek yüzeyleri yüksek yayım kapasitesinde olması gerektiğine dikkat edilmelidir. Genellikle bu örnek yüzeyleri için grafit ince bir kaplamanın uygulanmasını gerektirir. Isıl yayılma ölçümünde% 2-% 5 arasında bir belirsizlik boyutunun belirlenmesinden doğan bulunmaktadır. 17. <ol start="3"><li> Dikdörtgen çubuklar içine bir elmas testere kullanarak diski pelet kesin 2 x 2 x 10mm3, elektriksel iletkenlik ve Seebeck katsayısı ölçümleri olarak kare bir disk, 4 yüksek sıcaklık belirli bir ısı ve ince dikdörtgen parça x 4 x 1.5 mm 3 Hall ölçümleri için 8 x 5 x 1 mm3. </li><li> Düz ve parlak cilalı kare parçasının üzerine numunenin özgül ısı, Cı p, ölçün (4 x 4 x 1.5 mm 3), argon akımı altında, bir diferansiyel tarama kalorimetresi (DSC) kullanılarak yapıldı. 18 <ol><li> Tam bir soğutma oranı ile, örnek 500 ° C&#39;ye 20 K dak -1 ısıtma hızı kadar, ardından termal dengeye ulaşmak için izin vermek için 10 dakika boyunca bir izotermal tutulması için 40 ° C&#39;ye kadar 5 K dak-1 kadar bir ısıtma hızı kullanarak hangi izledi. Argon akışı altında ölçümünü gerçekleştirmek (50 ml dk -1 önerilir). </li></ol></li></ol> Nedeniyle, analiz için kullanılan yöntemin duyarlılığı ısı kapasitesini belirlemek için üç ölçüm yapmak: Not<html> Bilinen bir Cı P (örneğin safir gibi) standart bir malzemenin özgül ısısı (2) ölçme, ve numunenin özgül ısısı (3) ölçümü, (1) bir temel değer ölçümü arka çıkarmak için dahil olmak üzere. Numuneler, düz ve ayna cilalı (Al ile bu çalışmada kullanılan 2 O 3 potalar Pt / Rh tava) ölçüm pota altından ideal bir teması yapmak için emin olun. DSC sahnenin tam yapısı hakkında daha fazla detay, DSC başkalarına teknikleri ve örnek bir ölçüm için kesin talimatlar karşılaştırılması çeşitli kaynaklardan bulunabilir. 19 <ol start="5"><li> 20 kullanılarak ρ, ısıl yayılma, d, özgül ısı, Cı P ve yoğunluğu ölçülen değerlerden numunenin yüksek sıcaklıkta termik iletkenlik, κ, hesaplayın </li></ol>/52869/52869eq4.JPG &quot;Width =&quot; 200 &quot;/&gt; <ol start="6"><li> Altın plaka örnek kesilmiş 2 x 2 x 10 mm 3 parça üzerinde sondalar temas noktaları (4 kontaklar) temas direnci sorunlarını hafifletmek için. <ol><li> Sadece istenilen iletişim alanlarında altın sputter için, 2 x 2 x 10 mm 3 numune etrafında bir viski-bant bir şablon olarak kullanmak için sarın. 2 yüzleri un kaplı 2 x 2 mm bırakın. Bir traş makinesi bıçak kullanarak, problar bir mesafe ile ayrılmış bir hat boyunca 2 x 10 mm 2 yüzün ortasında 2 çok küçük delik (çapı yaklaşık 1 mm) kesilip. </li><li> Bir tezgah üstü altın püskürtme ünitesi kullanılarak bir ~ 200 nm kalınlığında altın bir film sputter. 21 </li></ol></li><li> Sıcaklığında 22,23 bir fonksiyonu olarak örnek elektriksel iletim özelliklerini, yani elektrik iletkenliği ve Seebeck katsayısı) ölçün. <ol><li> Dört-terminal yöntemi kullanılarak elektriksel iletkenlik ölçün. Sam üzerinde Seebeck katsayısını ölçüniki orta termokupl &quot;prob&quot; üzerinden sıcaklık ve gerilim ölçümleri kullanarak e kurulum. Dijital mikroskop kullanılarak bu iki prob arasındaki mesafeyi ölçün. Elektrik nakil ölçümleri fazla detay başka bir yerde bulunabilir. 22,23 </li></ol></li><li> Fiziksel Özellikler Ölçüm Sistemi kullanılarak 8 x 5 x 1 mm 3 numune üzerinde sıcaklığın bir fonksiyonu olarak Hall taşıyıcı konsantrasyonu ölçümü. 24 </li></ol>

<ol>
	<li>Ohta, S., Nomura, T., Ohta, H., Koumoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-temperature+Carrier+Transport+and+Thermoelectric+Properties+of+Heavily+La-or+Nb-doped+SrTiO3+Single+Crystals.">High-temperature Carrier Transport and Thermoelectric Properties of Heavily La-or Nb-doped SrTiO3 Single Crystals.</a> J. Appl. Phys. 97, (2005).</li><li>Wang, H. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+of+Thermoelectric+Figure+of+Merit+by+Doping+Dy+in+La0.1Sr0.9TiO3+Ceramic.">Enhancement of Thermoelectric Figure of Merit by Doping Dy in La0.1Sr0.9TiO3 Ceramic.</a> Mater. Res. Bull. 45, 809-812 (2010).</li><li>Bhattacharya, S., Mehdizadeh Dehkordi, A., Alshareef, H. N., Tritt, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis&#8211;Property+Relationship+in+Thermoelectric+Sr1&#8722;xYbxTiO3&#8722;&#948;+Ceramics.">Synthesis&#8211;Property Relationship in Thermoelectric Sr1&#8722;xYbxTiO3&#8722;&#948; Ceramics.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 47, 385302 (2014).</li><li>Wang, Y., Lee, K. H., Ohta, H., Koumoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermoelectric+Properties+of+Electron+Doped+SrO(SrTiO3)n+(n=1,2)+Ceramics.">Thermoelectric Properties of Electron Doped SrO(SrTiO3)n (n=1,2) Ceramics.</a> J. Appl. Phys. 105, 1037011-1037016 (2009).</li><li>Wang, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+YSZ+Additions+on+Thermoelectric+Properties+of+Nb-Doped+Strontium+Titanate.">Effects of YSZ Additions on Thermoelectric Properties of Nb-Doped Strontium Titanate.</a> J. Electron. Mater. 39, 1777-1781 (2010).</li><li>Muta, H., Kurosaki, K., Yamanaka, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermoelectric+Properties+of+Rare+Earth+Doped+SrTiO3.">Thermoelectric Properties of Rare Earth Doped SrTiO3.</a> J. Alloys Compd. 350, 292-295 (2003).</li><li>Shang, P. -. P., Zhang, B. -. P., Li, J. -. F., Ma, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Sintering+Temperature+on+Thermoelectric+Properties+of+La-doped+SrTiO3+Ceramics+Prepared+by+Sol-gel+Process+and+Spark+Plasma+Sintering.">Effect of Sintering Temperature on Thermoelectric Properties of La-doped SrTiO3 Ceramics Prepared by Sol-gel Process and Spark Plasma Sintering.</a> Solid State Sciences. 12, 1341-1346 (2010).</li><li>Wang, Y., Fan, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sr1-xLaxTiO3+Nanoparticles:+Synthesis,+Characterization+and+Enhanced+Thermoelectric+Response.">Sr1-xLaxTiO3 Nanoparticles: Synthesis, Characterization and Enhanced Thermoelectric Response.</a> Scripta Materialia. 65, 190-193 (2011).</li><li>Kikuchi, A., Okinakab, N., Akiyama, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Large+Thermoelectric+Figure+of+Merit+of+La-doped+SrTiO3+Prepared+by+Combustion+Synthesis+with+Post-Spark+Plasma+Sintering.">A Large Thermoelectric Figure of Merit of La-doped SrTiO3 Prepared by Combustion Synthesis with Post-Spark Plasma Sintering.</a> Scripta Materialia. 63, 407-410 (2010).</li><li>Obara, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermoelectric+Properties+of+Y-Doped+Polycrystalline+SrTiO3.Jpn.">Thermoelectric Properties of Y-Doped Polycrystalline SrTiO3.Jpn.</a> J. Appl. Phys. 43, L540-L542 (2004).</li><li>Koumoto, K., Wang, Y., Zhang, R., Kosuga, A., Funahashi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxide+Thermoelectric+Materials:+A+Nanostructuring+Approach.">Oxide Thermoelectric Materials: A Nanostructuring Approach.</a> Annu. Rev. Mater. Res. 40, 363-394 (2010).</li><li>Mehdizadeh Dehkordi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+Thermoelectric+Power+Factor+in+Pr-Doped+SrTiO3&#8722;&#948;+Ceramics+via+Grain-Boundary-Induced+Mobility+Enhancement.">Large Thermoelectric Power Factor in Pr-Doped SrTiO3&#8722;&#948; Ceramics via Grain-Boundary-Induced Mobility Enhancement.</a> Chem. Mater. 26, 2478-2485 (2014).</li><li>Mehdizadeh Dehkordi, A., Bhattacharya, S., He, J., Alshareef, H. N., Tritt, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Significant+Enhancement+in+Thermoelectric+Properties+of+Polycrystalline+Pr-doped+SrTiO3+Ceramics+Originating+from+Nonuniform+distribution+of+Pr+dopants.">Significant Enhancement in Thermoelectric Properties of Polycrystalline Pr-doped SrTiO3 Ceramics Originating from Nonuniform distribution of Pr dopants.</a> Appl. Phys. Lett. 104, 1939021-1939024 (2014).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Standard Test Methods for Density of Compacted or Sintered Powder Metallurgy (PM) Products Using Archimedes&#8217; Principle. , (2015).</li><li>Parker, W. J., Jenkins, R. J., Butler, C. P., Abbott, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flash+Method+of+Determining+Thermal+Diffusivity,+Heat+Capacity+and+Thermal+Conductivity.">Flash Method of Determining Thermal Diffusivity, Heat Capacity and Thermal Conductivity.</a> J. Appl. Phys. 32, 1679-1684 (1961).</li><li>Cowan, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulse+Method+of+Measuring+Thermal+Diffusivity+at+High+Temperatures.">Pulse Method of Measuring Thermal Diffusivity at High Temperatures.</a> J. Appl. Phys. 34, 926-927 (1963).</li><li>Mehdizadeh-Dehkordi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> An Experimental Investigation Towards Improvement of Thermoelectric Properties of Strontium Titanate Ceramics. , (2014).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> DSC Pegasus 404C Operating Manual. , (1999).</li><li>Daw, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+Specific+Heat+Capacity+Using+Differential+Scanning+Calorimeter.">Measurement of Specific Heat Capacity Using Differential Scanning Calorimeter.</a> Report of US Department of Energy. , (2008).</li><li>Tritt, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Thermal Conductivity: Theory, Properties and Applications. , (2004).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> SC7610 Sputter Coater Operating Manual. , (2002).</li><li>Tritt, T. M., Rowe, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+and+Thermal+Transport+Measurement+Techniques+for+Evaluation+of+the+figure-of-Merit+of+Bulk+Thermoelectric+Materials.">Electrical and Thermal Transport Measurement Techniques for Evaluation of the figure-of-Merit of Bulk Thermoelectric Materials.</a> Thermoelectrics Handbook: Macro to Nano. , 23-1-23-17 (2006).</li><li>Burkov, A. T., Rowe, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurements+of+Resistivity+and+Thermopower:+Principles+and+Practical+Realization.">Measurements of Resistivity and Thermopower: Principles and Practical Realization.</a> Thermoelectrics Handbook: Macro to Nano. , 22-1 (2006).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Physical Property Measurement System: AC Transport Option User&#8217;s Manual. , (2003).</li><li>Ohta, S., Ohta, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Grain+Size+Dependence+of+Thermoelectric+Performance+of+Nb-doped+SrTiO3.">Grain Size Dependence of Thermoelectric Performance of Nb-doped SrTiO3.</a> Polycrystals. J. Ceram. Soc. Jpn. 114, 102 (2006).</li><li>Wang, N., He, H., Ba, Y., Wan, C., Koumoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermoelectric+Properties+of+Nb-doped+SrTiO3+Ceramics+Enhanced+by+Potassium+Titanate+Nanowires+Addition.">Thermoelectric Properties of Nb-doped SrTiO3 Ceramics Enhanced by Potassium Titanate Nanowires Addition.</a> J. Ceram. Soc. Jpn. 118, 1098 (2010).</li><li>Ohta, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+Thermoelectric+Performance+of+Heavily+Nb-doped+SrTiO3+Epitaxial+Film+at+High+Temperature.">Large Thermoelectric Performance of Heavily Nb-doped SrTiO3 Epitaxial Film at High Temperature.</a> Appl. Phys. Lett. 87, 092108 (2005).</li><li>Kovalevsky, A., Yaremchenko, A., Populoh, S., Weidenkaff, A., Frade, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+of+Thermoelectric+Performance+in+Strontium+Titanate+by+Praseodymium+Substitution.">Enhancement of Thermoelectric Performance in Strontium Titanate by Praseodymium Substitution.</a> J. Appl. Phys. 113, 053704 (2013).</li><li>Kovalevsky, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+a+High+Thermoelectric+Performance+in+Rare-Earth+Substituted+SrTiO3:+Effects+Provided+by+Strongly-Reducing+Sintering+Conditions.">Towards a High Thermoelectric Performance in Rare-Earth Substituted SrTiO3: Effects Provided by Strongly-Reducing Sintering Conditions.</a> Phys. Chem. 16, 26946 (2014).</li><li>Dawson, J. A., Tanaka, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+Structure+and+Energetics+of+Pr-+and+La-Doped+SrTiO3+Grain+Boundaries+and+the+Influence+on+Core–Shell+Structure+Formation.">Local Structure and Energetics of Pr- and La-Doped SrTiO3 Grain Boundaries and the Influence on Core–Shell Structure Formation.</a> J. Phys. Chem. C. 118, 25765-25778 (2014).</li><li>Mehdizadeh Dehkordi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+Insights+on+the+Synthesis+and+Electronic+Transport+in+Bulk+Polycrystalline+Pr-doped+SrTiO3&#8722;&#948;.">New Insights on the Synthesis and Electronic Transport in Bulk Polycrystalline Pr-doped SrTiO3&#8722;&#948;.</a> Appl. Phys. Lett. 117, 055102 (2015).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Bu protokol, biz başarılı geliştirilmiş elektronik ve termoelektrik özellikleri sergileyen toplu polikristal Pr katkılı SrTiO 3 seramik hazırlamak amacıyla sentez stratejisinin adımlarını sundu. protokol ana adımları yüksek halinde olarak hazırlanmış bir toz yoğunlaştırmak için, (i) atmosferik basınçta ve kıvılcım plazma sinterleme tekniği özellikleri (ii) alarak bir avantaj altında havada katkılı SrTiO 3 tozun katı hal sentezini içerir Toplu seramik ve aynı zama...

Oksit thermoelectrics elektronik ulaşım özellikleri istikrar ve ekonomik açılardan yüksek sıcaklık termoelektrik uygulamalar için umut verici adaylar, olduğu gösterilmiştir. N-tipi oksit thermoelectrics arasında, çok katkılı stronsiyum titanat (STO) nedeniyle ilginç elektronik özellikleri çok dikkat çekmiştir. Ancak, büyük bir toplam ısı iletkenliği (κ ~ 12 W m -1 K -1 300 tek kristaller için K) 1 ve düşük taşıyıcı hareketlilik (μ ~ 6 cm 2 V -1 sn -1 tek kristaller 300 K&#39;de) 1 zararlı liyakat boyutsuz figürü tarafından değerlendirilir termoelektrik performansı etkileyebilir, elektriksel iletkenlik σ α Seebeck katsayısı ZT = α 2 σT / κ, T Kelvin cinsinden mutlak sıcaklık ve toplam ısı iletkenliği κ. Biz burada güç faktörü olarak pay tanımlamak, PF = α 263 T. (Örneğin, SiGe alaşımları gibi) diğer yüksek sıcaklık Termoelektrik ile rekabet etmek için, bu oksit, termoelektrik bir madde için için, güç faktörü ve / veya örgü ısı iletkenliği azalma daha belirgin bir artış gereklidir. STO termoelektrik özelliklerini geliştirmek amacıyla deneysel çalışmaların çoğunluğu ağırlıklı olarak gerilme-alan ve fononların kitlesel dalgalanması saçılması yoluyla ısı iletkenliği azaltılması odaklanmıştır. Bu çabalar şunları içerir: (i) tek veya Sr çift katkılama + 2 ve / veya Ti 4+ Sahası Bu yöne göre, ana çaba olarak, doğal superorgü Ruddlesden-Popper yapıların 2,3 (ii) sentezi bundan başka, bir nano boyutlu ikinci fazın eklenmesiyle SrO katmanları 4 ve (iii) Bileşik mühendisliği yalıtım ile termal iletkenliği azaltmak için. 5 Bununla birlikte, yakın zamana kadar, bir geliştirme stratejisi substant bildirilmiştirially bu oksitler termoelektrik güç faktörünü artırır. Toplu tek ve poli-kristal STO bildirilen maksimum güç faktörü (PF) değerleri PF &lt;1.0 W m -1 K -1 üst limit ile sınırlı oylandı. Sentez yaklaşımları ve işleme tekniklerinin çeşitli yukarıda teşebbüs fikirlerini hayata geçirmeleri için istihdam edilmiştir. Toz sentez yolları geleneksel katı-hal reaksiyonu içerir, 6 sol-jel, 7 konvansiyonel sinterleme ise hidrotermal, 8 ve yanma sentezi, 9, 6, sıcak presleme 10 ve son zamanlarda kıvılcım plazma sinterleme 12 içine toz yoğunlaştırmak için kullanılabilecek ortak teknikler arasındadır Toplu seramikler. Ancak, benzer bir takviye (örneğin, La) ve doping konsantrasyonu için, elde edilen kütle seramik, elektronik ve termal iletim özellikleri, bir dizi sergiler. Bunun nedeni SrTiO &lt;kuvvetle süreci bağımlı kusur kimyası büyük olduğunuSentez bağımlı özellikler ile sonuçlanan sub&gt; 3. Termoelektrik taşıma yararlanma sentez ve işleme parametrelerini optimize raporların sadece bir avuç vardır. Nedeniyle çok küçük fonon için SrTiO 3&#39;te serbest yolu (300 K de l ph ~ 2 nm) demek kayda değer, 11 nanostructuring öncelikle azaltılması yoluyla toplu STO seramik TE performansının iyileştirilmesi için uygulanabilir bir seçenek değil kafes termal iletkenlik. Son zamanlarda, biz bir anda gelişmiş termoelektrik güç faktörü kaynaklanan olmayan homojen Pr-katkılı SrTiO 3 seramik liyakat termoelektrik şekilde% 30&#39;dan fazla iyileşme bildirilmiştir ve bu ayrıntılı video protokolde ısı iletkenliğini. 12,13 azalmış, biz sunuyoruz ve Bunların hazırlanması için sentez stratejisi adımları görüşmek geliştirilmiş elektronik ve termoelektrik özellikleri sergileyen STO seramik Pr-katkılı.

<table><tbody><tr><td>SrCO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt; Powder, 99.9%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>472018</td><td></td></tr><tr><td>TiO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; Nanopowder, 99.5%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>718467</td><td></td></tr><tr><td>Pr&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt; Sintered Lumps, 99.9%</td><td>Alfa Aesar</td><td>35663&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Spark Plasma Sintering&amp;nbsp;</td><td>Dr. Sinter Lab</td><td>SPS-515S</td><td></td></tr><tr><td>Resistivity/Seebeck Coefficient Measurement System</td><td>Ulvac-Riko</td><td>ZEM-2</td><td></td></tr><tr><td>Laser Flash Thermal Diffusivity Measurement System</td><td>Netzsch</td><td>LFA-457 Microflash</td><td></td></tr><tr><td>Differential Scanning Calorimetry (DSC) System</td><td>Netzsch</td><td>404C Pegasus</td><td></td></tr><tr><td>Physical Property Measurement system (PPMS)</td><td>Quantum Design</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM)</td><td>Hitachi</td><td>SU-6600</td><td></td></tr><tr><td>Energyy-dispersive X-ray Spectroscopy (EDS)</td><td>Oxford Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>X-ray Diffractometer</td><td>Rigaku</td><td>Ultima IV</td><td></td></tr><tr><td>Bench-top Sputter Coater</td><td>Denton Vacuum</td><td>Desk II</td><td></td></tr><tr><td>Diamond&amp;nbsp; Wheel Saw</td><td>South Bay Technology</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

synthesis of non-uniformly pr-doped srtio3 ceramics and their thermoelectric properties

We demonstrate a novel synthesis strategy for the preparation of Pr-doped SrTiO3 ceramics via a combination of solid state reaction and spark plasma sintering techniques. Polycrystalline ceramics possessing a unique morphology can be achieved by optimizing the process parameters, particularly spark plasma sintering heating rate. The phase and morphology of the synthesized ceramics were investigated in detail using X-ray diffraction, scanning electron microcopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy. It was observed that the grains of these bulk Pr-doped SrTiO3 ceramics were enhanced with Pr-rich grain boundaries. Electronic and thermal transport properties were also investigated as a function of temperature and doping concentration. Such a microstructure was found to give rise to improved thermoelectric properties. Specifically, it resulted in a significant improvement in carrier mobility and the thermoelectric power factor. Simultaneously, it also led to a marked reduction in the thermal conductivity. As a result, a significant improvement (> 30%) in the thermoelectric figure of merit was achieved for the whole temperature range over all previously reported maximum values for SrTiO3-based ceramics. This synthesis demonstrates the steps for the preparation of bulk polycrystalline ceramics of non-uniformly Pr-doped SrTiO3.

X-ışını kırınımı desenleri SrTiO içinde, SrTiO üzerindeki Pr çözünürlüğünü 3 kafes Pr-doping etkisini araştırmak amacıyla olarak hazırlanmış tozlar ve Pr-içeriğinin bir fonksiyonu olarak gelen toplu seramik (Şekil 1) için toplandı 3 ve ikinci faz (lar) oluşumu. desenler yansımalar boşluk grubu (Şekil 1A) ile bir kübik kafes endeksli olabilir gibi tüm hazırlanmış tozlarında SrTiO 3 fazın oluşumunu teyit etmektedir....

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties at JoVE.com

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

A protocol for the synthesis and processing of polycrystalline SrTiO3 ceramics doped non-uniformly with Pr is presented along with the investigation of their thermoelectric properties.

Muntazam olmayan biçimde Pr-katkılı SrTiO sentezi<sub&gt; 3</sub&gt; Seramik ve Bunların termoelektrik Özellikleri

We demonstrate a novel synthesis strategy for the preparation of Pr-doped SrTiO3 ceramics via a combination of solid state reaction and spark plasma ...

synthesis-non-uniformly-pr-doped-srtio3-ceramics-their-thermoelectric

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Chemistry

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

9.8K Görüntüleme.  Clemson University. A protocol for the synthesis and processing of polycrystalline SrTiO3 ceramics doped non-uniformly with Pr is presented along with the investigation of their thermoelectric properties.

Video: Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from the inherent strong electron correlations that reside within them. These materials can also possess electronic phase separation in which regions of vastly different resistive and magnetic behavior can coexist within a single crystal alloy material. By reducing the scale of these materials to length scales at and below the inherent size of the electronic domains, novel behaviors can be exposed. Because of this and the fact that spin-charge-lattice-orbital order parameters each involve correlation lengths, spatially reducing these materials for transport measurements is a critical step in understanding the fundamental physics that drives complex behaviors. These materials also offer great potential to become the next generation of electronic devices 1-3. Thus, the fabrication of low dimensional nano- or micro-structures is extremely important to achieve new functionality. This involves multiple controllable processes from high quality thin film growth to accurate electronic property characterization. Here, we present fabrication protocols of high quality microstructures for complex oxide manganite devices. Detailed descriptions and required equipment of thin film growth, photo-lithography, and wire-bonding are presented.

We describe the use of pulsed laser deposition (PLD), photolithography and wire-bonding techniques to create micrometer scale complex oxides devices. The PLD is utilized to grow epitaxial thin films. Photolithography and wire-bonding techniques are introduced to create practical devices for measurement purposes.

Mekansal Kapalı Karmaşık Oksitler Fabrikasyon

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

Mühendislik

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain such surfaces are described. The first approach is the preparation of single terminated perovskite SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates. Wet etching was used to selectively remove one of the two possible surface terminations, while an annealing step was used to increase the smoothness of the surface. The resulting single terminated surfaces allow for the heteroepitaxial growth of perovskite oxide thin films with high crystalline quality and well-defined interfaces between substrate and film. In the second approach, seed layers for epitaxial film growth on arbitrary substrates were created by Langmuir-Blodgett (LB) deposition of nanosheets. As model system Ca2Nb3O10- nanosheets were used, prepared by delamination of their layered parent compound HCa2Nb3O10. A key advantage of creating seed layers with nanosheets is that relatively expensive and size-limited single crystalline substrates can be replaced by virtually any substrate material.

Various procedures are outlined to prepare atomically defined templates for epitaxial growth of complex oxide thin films. Chemical treatments of single crystalline SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates were performed to obtain atomically smooth, single terminated surfaces. Ca2 Nb3 O10- nanosheets were used to create atomically defined templates on arbitrary substrates.

Karmaşık Oksit İnce Filmlerin Epitaksiyel Büyüme için atomik Tanımlı Şablonlar

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain ...

Kimya

Synthesis and Reaction Chemistry of Nanosize Monosodium Titanate

This paper describes the synthesis and peroxide-modification of nanosize monosodium titanate (nMST), along with an ion-exchange reaction to load the material with Au(III) ions. The synthesis method was derived from a sol-gel process used to produce micron-sized monosodium titanate (MST), with several key modifications, including altering reagent concentrations, omitting a particle seed step, and introducing a non-ionic surfactant to facilitate control of particle formation and growth. The resultant nMST material exhibits spherical-shaped particle morphology with a monodisperse distribution of particle diameters in the range from 100 to 150&#160;nm. The nMST material was found to have a Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area of 285 m2g-1, which is more than an order of magnitude higher than the micron-sized MST. The isoelectric point of the nMST measured 3.34 pH units, which is a pH unit lower than that measured for the micron-size MST. The nMST material was found to serve as an effective ion exchanger under weakly acidic conditions for the preparation of an Au(III)-exchange nanotitanate. In addition, the formation of the corresponding peroxotitanate was demonstrated by reaction of the nMST with hydrogen peroxide.

The surfactant mediated sol-gel synthesis of nanosized monosodium titanate is described, along with preparation of the corresponding peroxide modified material. An ion-exchange reaction with Au(III) is also presented.

Nanoboyutlu Monosodyum Titanate Sentezi ve Reaksiyon Kimya

This paper describes the synthesis and peroxide-modification of nanosize monosodium titanate (nMST), along with an ion-exchange reaction to load the ...

Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and conformality by taking advantage of self-limiting reactions between vapor-phase precursors and the growing film. Perovskite oxides present potential for next-generation electronic materials, but to-date have mostly been deposited by physical methods. This work outlines a method for depositing SrTiO3 (STO) on germanium using ALD. Germanium has higher carrier mobilities than silicon and therefore offers an alternative semiconductor material with faster device operation. This method takes advantage of the instability of germanium's native oxide by using thermal deoxidation to clean and reconstruct the Ge (001) surface to the 2&#215;1 structure. 2-nm thick, amorphous STO is then deposited by ALD. The STO film is annealed under ultra-high vacuum and crystallizes on the reconstructed Ge surface. Reflection high-energy electron diffraction (RHEED) is used during this annealing step to monitor the STO crystallization. The thin, crystalline layer of STO acts as a template for subsequent growth of STO that is crystalline as-grown, as confirmed by RHEED. In situ X-ray photoelectron spectroscopy is used to verify film stoichiometry before and after the annealing step, as well as after subsequent STO growth. This procedure provides framework for additional perovskite oxides to be deposited on semiconductors via chemical methods in addition to the integration of more sophisticated heterostructures already achievable by physical methods.

This work details the procedures for the growth and characterization of crystalline SrTiO3 directly on germanium substrates by atomic layer deposition. The procedure illustrates the ability of an all-chemical growth method to integrate oxides monolithically onto semiconductors for metal-oxide semiconductor devices.

Atomik Katman Biriktirme aracılığıyla Germanyum üzerinde Perovskit Stronsiyum Titanate Epitaksiyel Büyüme

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and ...

Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with one twist grain boundary. This apparatus utilizes high uniaxial pressure and a pulsed direct current for rapid consolidation of material. Diffusion bonding of strontium titanate bicrystals without fracture, in a spark plasma sintering apparatus, is possible at high pressures due to the unusual temperature dependent plasticity behavior of strontium titanate. We demonstrate a method for the successful formation of bicrystals at accelerated time scales and lower temperatures in a spark plasma sintering apparatus compared to bicrystals formed by conventional diffusion bonding parameters. Bond quality was verified by scanning electron microscopy. A clean and atomically abrupt interface containing no secondary phases was observed using transmission electron microscopy techniques. Local changes in bonding across the boundary was characterized by simultaneous scanning transmission electron microscopy and spatially resolved electron energy-loss spectroscopy.

A viable technique for the formation of strontium titanate bicrystals at high pressure and fast heating rate via the spark plasma sintering apparatus is developed.

Stronsiyum Titanate Bicrystals Oluşumunda Kullanılan Plazma Sinterleme Aparatı Spark

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with ...

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide electronics community. One of its hallmark features is the existence of a critical LAO thickness of 4 unit-cells (uc) for interfacial conductivity to emerge. Although electrostatic mechanisms have been proposed in the past to describe the existence of this critical thickness, the importance of chemical defects has been recently accentuated. Here, we describe the growth of metal/LAO/STO heterostructures in an ultra-high vacuum (UHV) cluster system combining pulsed laser deposition (to grow the LAO), magnetron sputtering (to grow the metal) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). We study step by step the formation and evolution of the q2DES and the chemical interactions that occur between the metal and the LAO/STO. Additionally, magnetotransport experiments elucidate on the transport and electronic properties of the q2DES. This systematic work not only demonstrates a way to study the electrostatic and chemical interplay between the q2DES and its environment, but also unlocks the possibility to couple multifunctional capping layers with the rich physics observed in two-dimensional electron systems, allowing the fabrication of new types of devices.

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

We fabricate metal/LaAlO3/SrTiO3 heterostructures using a combination of pulsed laser deposition and in situ magnetron sputtering. Through magnetotransport and in situ X-ray photoelectron spectroscopy experiments, we investigate the interplay between electrostatic and chemical phenomena of the quasi two-dimensional electron gas formed in this system.

Büyüme ve Elektrostatik/kimyasal özellikleri Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide ...

Chemical Synthesis of Porous Barium Titanate Thin Film and Thermal Stabilization of Ferroelectric Phase by Porosity-Induced Strain

Barium titanate (BaTiO3, hereafter BT) is an established ferroelectric material first discovered in the 1940s and still widely used because of its well-balanced ferroelectricity, piezoelectricity, and dielectric constant. In addition, BT does not contain any toxic elements. Therefore, it is considered to be an eco-friendly material, which has attracted considerable interest as a replacement for lead zirconate titanate (PZT). However, bulk BT loses its ferroelectricity at approximately 130 &#176;C, thus, it cannot be used at high temperatures. Because of the growing demand for high-temperature ferroelectric materials, it is important to enhance the thermal stability of ferroelectricity in BT. In previous studies, strain originating from the lattice mismatch at hetero-interfaces has been used. However, the sample preparation in this approach requires complicated and expensive physical processes, which are undesirable for practical applications.
In this study, we propose a chemical synthesis of a porous material as an alternative means of introducing strain. We synthesized a porous BT thin film using a surfactant-assisted sol-gel method, in which self-assembled amphipathic surfactant micelles were used as an organic template. Through a series of studies, we clarified that the introduction of pores had a similar effect on distorting the BT crystal lattice, to that of a hetero-interface, leading to the enhancement and stabilization of ferroelectricity. Owing to its simplicity and cost effectiveness, this fabrication process has considerable advantages over conventional methods.

Here, we present a protocol for the synthesis of porous barium titanate (BaTiO3) thin film by a surfactant-assisted sol-gel method, in which self-assembled amphipathic surfactant micelles are used as an organic template.

Kimyasal sentez gözenekli baryum Titanate ince Film ve Ferroelectric faz porozite indüklenen gerilim tarafından termal stabilizasyon

Barium titanate (BaTiO3, hereafter BT) is an established ferroelectric material first discovered in the 1940s and still widely used because of its ...

Bulk and Thin Film Synthesis of Compositionally Variant Entropy-stabilized Oxides

Here, we present a procedure for the synthesis of bulk and thin film multicomponent (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (Co variant) and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O (Cu variant) entropy-stabilized oxides. Phase pure and chemically homogeneous (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (x = 0.20, 0.27, 0.33) and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O (x = 0.11, 0.27) ceramic pellets are synthesized and used in the deposition of ultra-high quality, phase pure, single crystalline thin films of the target stoichiometry. A detailed methodology for the deposition of smooth, chemically homogeneous, entropy-stabilized oxide thin films by pulsed laser deposition on (001)-oriented MgO substrates is described. The phase and crystallinity of bulk and thin film materials are confirmed using X-ray diffraction. Composition and chemical homogeneity are confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. The surface topography of thin films is measured with scanning probe microscopy. The synthesis of high quality, single crystalline, entropy-stabilized oxide thin films enables the study of interface, size, strain, and disorder effects on the properties in this new class of highly disordered oxide materials.

The synthesis of high quality bulk and thin film (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O entropy-stabilized oxides is presented.

Toplu ve bileşimsel varyant entropi stabilize oksit ince Film sentezi

Here, we present a procedure for the synthesis of bulk and thin film multicomponent (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (Co variant) and ...

Tuning Oxide Properties by Oxygen Vacancy Control During Growth and Annealing

Electrical, optical, and magnetic properties of oxide materials can often be controlled by varying the oxygen content. Here we outline two approaches for varying the oxygen content and provide concrete examples for tuning the electrical properties of SrTiO3-based heterostructures. In the first approach, the oxygen content is controlled by varying the deposition parameters during a pulsed laser deposition. In the second approach, the oxygen content is tuned by subjecting the samples to annealing in oxygen at elevated temperatures after the film growth. The approaches can be used for a wide range of oxides and nonoxide materials where the properties are sensitive to a change in the oxidation state.
The approaches differ significantly from electrostatic gating, which is often used to change the electronic properties of confined electronic systems such as those observed in SrTiO3-based heterostructures. By controlling the oxygen vacancy concentration, we are able to control the carrier density over many orders of magnitude, even in nonconfined electronic systems. Moreover, properties can be controlled, which are not sensitive to the density of itinerant electrons.

Oxide materials show many exotic properties that can be controlled by tuning the oxygen content. Here, we demonstrate the tuning of oxygen content in oxides by varying the pulsed laser deposition parameters and by performing postannealing. As an example, electronic properties of SrTiO3-based heterostructures are tuned by growth modifications and annealing.

Büyüme ve tavlama sırasında oksijen boşluk kontrolü ile oksit özelliklerinin ayarlanması

Electrical, optical, and magnetic properties of oxide materials can often be controlled by varying the oxygen content. Here we outline two approaches for ...

Bi2te3 ve sb2te3 ince filmlerin RF püskürtme yoluyla cam yüzeyler üzerine biriktirilmesi

Fabrication of Bi2Te3 and Sb2Te3 Thermoelectric Thin Films using Radio Frequency Magnetron Sputtering Technique

Through various studies on thermoelectric (TE) materials, thin film configuration gives superior advantages over conventional bulk TEs, including adaptability to curved and flexible substrates. Several different thin film deposition methods have been explored, yet magnetron sputtering is still favorable due to its high deposition efficiency and scalability. Therefore, this study aims to fabricate a bismuth telluride (Bi2Te3) and antimony telluride (Sb2Te3) thin film via the radio frequency (RF) magnetron sputtering method. The thin films were deposited on soda lime glass substrates at ambient temperature. The substrates were first washed using water and soap, ultrasonically cleaned with methanol, acetone, ethanol, and deionized water for 10 min, dried with nitrogen gas and hot plate, and finally treated under UV ozone for 10 min to remove residues before the coating process. A sputter target of Bi2Te3 and Sb2Te3 with Argon gas was used, and pre-sputtering was done to clean the target&#39;s surface. Then, a few clean substrates were loaded into the sputtering chamber, and the chamber was vacuumed until the pressure reached 2 x 10-5 Torr. The thin films were deposited for 60 min with Argon flow of 4 sccm and RF power at 75 W and 30 W for Bi2Te3 and Sb2Te3, respectively. This method resulted in highly uniform n-type Bi2Te3 and p-type Sb2Te3 thin films.

Yazar Spot Işığı: Radyo Frekansı Magnetron Püskürtme Yoluyla Yüksek Performanslı Termoelektrik İnce Filmlerdeki Gelişmeler

The manuscript describes a protocol for radio frequency magnetron sputtering of Bi2Te3 and Sb2Te3 thermoelectric thin films on glass substrates, which represents a reliable deposition method that provides a wide range of applications with the potential for further development.

Muntazam olmayan biçimde Pr-katkılı SrTiO sentezi

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler

Mekansal Kapalı Karmaşık Oksitler Fabrikasyon

Karmaşık Oksit İnce Filmlerin Epitaksiyel Büyüme için atomik Tanımlı Şablonlar

Nanoboyutlu Monosodyum Titanate Sentezi ve Reaksiyon Kimya

Atomik Katman Biriktirme aracılığıyla Germanyum üzerinde Perovskit Stronsiyum Titanate Epitaksiyel Büyüme

Stronsiyum Titanate Bicrystals Oluşumunda Kullanılan Plazma Sinterleme Aparatı Spark

Büyüme ve Elektrostatik/kimyasal özellikleri Metal/LaAlO₃/SrTiO₃ Heterostructures

Kimyasal sentez gözenekli baryum Titanate ince Film ve Ferroelectric faz porozite indüklenen gerilim tarafından termal stabilizasyon

Toplu ve bileşimsel varyant entropi stabilize oksit ince Film sentezi

Büyüme ve tavlama sırasında oksijen boşluk kontrolü ile oksit özelliklerinin ayarlanması

Radyo Frekanslı Magnetron Püskürtme Tekniği ile Bi₂Te₃ ve Sb₂Te₃ Termoelektrik İnce Filmlerin İmalatı

Muntazam olmayan biçimde Pr-katkılı SrTiO sentezi

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler

Mekansal Kapalı Karmaşık Oksitler Fabrikasyon

Karmaşık Oksit İnce Filmlerin Epitaksiyel Büyüme için atomik Tanımlı Şablonlar

Nanoboyutlu Monosodyum Titanate Sentezi ve Reaksiyon Kimya

Atomik Katman Biriktirme aracılığıyla Germanyum üzerinde Perovskit Stronsiyum Titanate Epitaksiyel Büyüme

Stronsiyum Titanate Bicrystals Oluşumunda Kullanılan Plazma Sinterleme Aparatı Spark

Büyüme ve Elektrostatik/kimyasal özellikleri Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

Kimyasal sentez gözenekli baryum Titanate ince Film ve Ferroelectric faz porozite indüklenen gerilim tarafından termal stabilizasyon

Toplu ve bileşimsel varyant entropi stabilize oksit ince Film sentezi

Büyüme ve tavlama sırasında oksijen boşluk kontrolü ile oksit özelliklerinin ayarlanması

Radyo Frekanslı Magnetron Püskürtme Tekniği ile Bi2Te3 ve Sb2Te3 Termoelektrik İnce Filmlerin İmalatı

Büyüme ve Elektrostatik/kimyasal özellikleri Metal/LaAlO₃/SrTiO₃ Heterostructures

Radyo Frekanslı Magnetron Püskürtme Tekniği ile Bi₂Te₃ ve Sb₂Te₃ Termoelektrik İnce Filmlerin İmalatı