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Metallphosphide mit Mg, Mn,Cu, Co und Ni als thermoelektrische Materialien

Henge, Dennis (2016):
Metallphosphide mit Mg, Mn,Cu, Co und Ni als thermoelektrische Materialien.
Darmstadt, Technische Universität Darmstadt, [Online-Edition: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/5784],
[Ph.D. Thesis]

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeiten wurden Phosphide der allgemeinen Zusammensetzung AxByPz (A = Mg, Ca, Sr, Ba, Mn; B = Cu, Co, Ni) mittels Hochtemperaturmethode synthetisiert, via Röntgendiffraktometrie und Rietveldmethoden charakterisiert und ihre thermoelektrische Materialien in einem Temperaturbereich von 400 bis 700 °C untersucht. Alle hergestellten Phosphide bestehen dabei aus Elementen, die besser verfügbar, günstiger und weniger toxisch sind als die bisher für thermoelektrische Anwendungen verwendeten Elemente. Diese Eigenschaften sind gute Voraussetzungen, um den Einsatz von Phosphiden in thermoelektrischen Bauteilen voranzubringen. Die Entwicklung von Verdichtungsstrategien durch Spark Plasma Sintering bilden einen wesentlichen Teil der Arbeit und ermöglichten die Herstellung von hochverdichteten Proben. An diesen wurde die Messung der Seeeck-Koeffizienten, der elektrischen und Temperaturleitfähigkeiten, sowie der spezifischen Wärmekapazitäten und der Dichten durchgeführt. Auf Grundlage dieser Daten wurden die thermoelektrischen Gütefaktoren zT bestimmt. Es wird in dieser Arbeit gezeigt, dass insbesondere die dargestellten Verbindungen Mg1-xMnxCuP (x = 0; 0,1; 0,15; 0,2) sehr gute thermoelektrische Eigenschaften aufweisen, die mit den in der Literatur publizierten Werten für andere thermoelektrische Materialien im gleichen Temperaturbereich vergleichbar sind. Weitere Verbindungen, wie z.B. Mg3Ni20P6 und SrNi9P5, wurden synthetisiert und erstmalig thermoelektrisch und magnetisch charakterisiert. Darüber hinaus wurden die Verbindungen, MnCo6P4 und γ-MnP4, erfolgreich synthetisiert und deren Kristallstrukturen mittels Röntgendiffraktometrie erstmals aufgeklärt und beschrieben.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2016
Creators: Henge, Dennis
Title: Metallphosphide mit Mg, Mn,Cu, Co und Ni als thermoelektrische Materialien
Language: German
Abstract:

Im Rahmen dieser Arbeiten wurden Phosphide der allgemeinen Zusammensetzung AxByPz (A = Mg, Ca, Sr, Ba, Mn; B = Cu, Co, Ni) mittels Hochtemperaturmethode synthetisiert, via Röntgendiffraktometrie und Rietveldmethoden charakterisiert und ihre thermoelektrische Materialien in einem Temperaturbereich von 400 bis 700 °C untersucht. Alle hergestellten Phosphide bestehen dabei aus Elementen, die besser verfügbar, günstiger und weniger toxisch sind als die bisher für thermoelektrische Anwendungen verwendeten Elemente. Diese Eigenschaften sind gute Voraussetzungen, um den Einsatz von Phosphiden in thermoelektrischen Bauteilen voranzubringen. Die Entwicklung von Verdichtungsstrategien durch Spark Plasma Sintering bilden einen wesentlichen Teil der Arbeit und ermöglichten die Herstellung von hochverdichteten Proben. An diesen wurde die Messung der Seeeck-Koeffizienten, der elektrischen und Temperaturleitfähigkeiten, sowie der spezifischen Wärmekapazitäten und der Dichten durchgeführt. Auf Grundlage dieser Daten wurden die thermoelektrischen Gütefaktoren zT bestimmt. Es wird in dieser Arbeit gezeigt, dass insbesondere die dargestellten Verbindungen Mg1-xMnxCuP (x = 0; 0,1; 0,15; 0,2) sehr gute thermoelektrische Eigenschaften aufweisen, die mit den in der Literatur publizierten Werten für andere thermoelektrische Materialien im gleichen Temperaturbereich vergleichbar sind. Weitere Verbindungen, wie z.B. Mg3Ni20P6 und SrNi9P5, wurden synthetisiert und erstmalig thermoelektrisch und magnetisch charakterisiert. Darüber hinaus wurden die Verbindungen, MnCo6P4 und γ-MnP4, erfolgreich synthetisiert und deren Kristallstrukturen mittels Röntgendiffraktometrie erstmals aufgeklärt und beschrieben.

Place of Publication: Darmstadt
Uncontrolled Keywords: Thermoelektrik, Phosphide
Divisions: 07 Department of Chemistry
07 Department of Chemistry > Fachgebiet Anorganische Chemie
Date Deposited: 04 Dec 2016 20:55
Official URL: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/5784
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-57843
Referees: Albert, Prof. Dr. B and Schneider, Prof. Dr. J
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 20 June 2016
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
This work reports on the characterization of phosphides as thermoelectric materials at temperatures of 400 °C to 700 °C. The phosphides presented in this work contain elements which are better available, cheaper and less toxic than elements, compared to those used in state-of-the-art thermoelectrics. In this work phosphides of the general composition AxByPz (A = Mg, Ca, Sr, Ba, Mn; B = Cu, Co, Ni) were synthesized via high-temperature synthesis and fully characterized for the first time using x-ray diffraction and Rietveld refinements. Beyond, the isolated phosphides were successfully densified employing spark plasma sintering and are an essential part of this work. Subsequent measurements of Seebeck coefficients, electrical conductivities, temperature diffusivities, specific heat capacities and densities were performed on the highly densified samples. Thermoelectric figure of merit zT was calculated using the obtained results. It is shown that the compounds with composition Mg1-xMnxCuP (x = 0; 0,1; 0,15;0,2) exhibit very good thermoelectric properties comparable to state-of-the-art compounds used in this temperature range. Several other compounds, e.g. Mg3Ni20P6 and SrNi9P5, were synthesized and characterized for the first time as new thermoelectric and magnetic materials. Furthermore, the interesting compounds, MnCo6P4 and γ-MnP4, were for the first time synthesized and the crystal structures were solved using X-Ray diffraction.English
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