008240612s2023      us  |||||||||||||||c||eng  d
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■020    ▼a9798380152778
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI30634188
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aCooling,  Corey  C.▼0(orcid)0000-0003-0096-5526
■24510▼aElectronic  and  Thermal  Behavior  of  Germanium  Telluride-Tin  Telluride  Solid  Solutions  Near  the  Structural  Phase  Transition▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]:▼bMichigan  State  University.  ▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor  :▼bProQuest  Dissertations  &  Theses,  ▼c2023
■300    ▼a1  online  resource(149  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-02,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Morelli,  Donald  T.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Michigan  State  University,  2023.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■520    ▼aHumanity  finds  itself  in  an  energy  crisis,  where  our  energy  demands  now  and  in  the  future  are  far  out  of  balance  with  our  ability  to  produce  that  energy  safely  and  thoughtfully.  Many  energy  systems  today  utilize  the  chemical  energy  stored  in  hydrocarbons  in  processes  that  create,  in  addition  to  ubiquitous  carbon  dioxide,  extra  energy  in  the  form  of  heat  that  is  usually  wasted.  This  extra  energy  in  the  form  of  heat,  in  combustion  engines  and  in  other  applications,  instead  of  being  wasted  could  be  converted  into  usable  electrical  energy  with  the  help  of  a  class  of  materials  called  thermoelectrics.Thermoelectric  devices  are  a  class  of  materials,  usually  semiconductors,  that  convert  temperature  gradients  into  usable  electrical  energy.  One  critical  drawback  of  thermoelectric  technology  today  is  the  relatively  low  efficiency  of  thermoelectric  devices.  In  order  to  evaluate  a  material's  efficiency  researchers  use  the  dimensionless  figure-of-merit,  ZT,  which  is  a  product  of  a  number  of  electronic  and  thermal  material  properties.  By  examining  the  material  properties  which  influence  ZT  values  we  can  systematically  develop  higher  efficiency  thermoelectric  devices.Here  we  present  a  study  of  the  structural  and  transport  properties  of  GeTe-SnTe  solid  solutions  near  the  temperatures  of  their  structural  phase  transition.  As  two  well-known  class  IV-VI  semiconducting  materials  GeTe  and  SnTe  have  been  well  studied  and  developed  for  thermoelectric  applications,  but  there  exists  a  relative  dearth  of  research  on  their  solid  solutions.  As  a  complete  solid  solution,  Sn  can  replace  Ge  at  any  concentration  without  changing  the  crystal  system.  One  aspect  about  GeTe  that  makes  it  interesting  for  thermoelectrics  is  that  its  crystal  structure  transforms  from  a  low-temperature  rhombohedral  phase  to  a  high-temperature  cubic  rocksalt  phase  about  670K.  By  contrast,  SnTe  undergoes  a  similar  transformation  at  about  100K.  Previous  studies  have  shown  that  in  large  crystals  of  GeTe  replacing  Sn  for  Ge,  Ge(1-  x)Sn(x)Te,  lowers  the  transition  temperature  as  a  function  of  Sn  content.  By  studying  the  solid  solution  across  all  values  of  x,  0  ≤  x  ≤  1,  one  has  available  a  unique  crystal  system  with  a  structural  phase  transition  spanning  well  above  to  well  below  room  temperature.For  this  study,  polycrystalline  samples  were  synthesized  from  ingots  using  power  metallurgy  techniques  and  their  thermoelectric  properties  were  measured  from  300-770K.We  show  x-ray  diffraction  data  to  show  the  phase  purity  and  lattice  constant  of  these  solid  solutions,  as  well  as  observe  the  elastic  constants  at  room  temperature.  We  report  phase  transition  temperatures  from  observations  of  changes  in  crystal  structure  at  elevated  and  room  temperatures.  We  then  show  the  electrical  conductivity,  Seebeck  coefficient,  and  thermal  conductivity  as  a  function  of  temperature  and  Sn  content.  Our  results  show  that  at  low  Sn  concentrations,  Sn  atoms  fill  Ge  vacancies  that  cause  a  decrease  in  the  electrical  conductivity  from  a  reduction  of  the  carrier  concentration.  At  higher  Sn  concentrations  these  filled  vacancies  contribute  to  an  increase  in  the  carrier  mobility  which  offsets  the  decrease  in  carrier  concentration  while  also  increasing  the  Seebeck  coefficient.  The  thermal  behavior  of  the  system  shows  strong  evidence  of  alloy  scattering  with  a  minimum  near  concentrations  with  similar  amounts  of  Ge  and  Sn.  Distinct  discontinuities  in  the  total  thermal  conductivity  also  provide  evidence  for  the  determination  of  structural  transition  temperatures.  Taken  together,  these  studies  enable  a  complete  characterization  of  the  ZT  for  these  materials  above  room  temperature  as  well  as  a  contribution  to  the  structural  phase  diagram.  The  highest  ZT  values  obtained  at  400  °C  in  Ge(1-x)Sn(x)Te  were  for  x-values  x=0.05  and  x=0.60  with  values  of  0.36  and  0.31  respectively,  which  is  impressive  for  unoptimized  materials.
■590    ▼aSchool  code:  0128.
■650  4▼aPhysics.
■650  4▼aCondensed  matter  physics.
■650  4▼aMaterials  science.
■653    ▼aGermanium  telluride
■653    ▼aSolid  solution
■653    ▼aThermoelectric
■653    ▼aTin  telluride
■653    ▼aElectrical  energy
■690    ▼a0605
■690    ▼a0794
■690    ▼a0611
■71020▼aMichigan  State  University▼bPhysics  -  Doctor  of  Philosophy.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-02B.
■773    ▼tDissertation  Abstract  International
■790    ▼a0128
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16934758▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
■980    ▼a202402▼f2024