Application of Some Techniques Using Synchrotron Radiation to the Study of a Promising Composite Thermoelectric Material SrTiO3–TiO2

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results of a study of biphase ceramics SrTiO3–TiO2, previously proposed as a promising n-type thermoelectric material, obtained using synchrotron radiation techniques at the shared research center “Siberian Synchrotron and Terahertz Radiation Center”, are presented. In particular, it has been demonstrated by in-situ heating X-ray diffraction that the reaction between the powder components SrCO3 (strontianite) and TiO2 (anatase) to obtain SrTiO3 (tausonite) is not the driving force in the preparation of ceramics by spark plasma sintering of the reaction mixture. For two spectral methods – X-ray luminescence and XANES spectroscopy, the spectrum of biphasic ceramics was compared with a model spectrum obtained from the spectra of single-phase ceramics as reference samples. The X-ray luminescence method revealed a shift to the high-energy region and a narrowing of the spectrum of biphase ceramics, which may indicate size quantization (the presence of a two-dimensional electron gas) in the system. Changes were found in the XANES spectrum of biphase ceramics in the region in which its shape can significantly depend on the symmetry of the nearest environment of Ti4+ atoms. However, it is difficult to interpret these data without numerical simulation.

About the authors

A. P. Zavjalov

SEC “Advanced Ceramic Materials”, Far Eastern Federal University; Institute of Solid-State Chemistry and Mechanochemistry SB RAS

Author for correspondence.
Email: Zav_Alexey@list.ru
Russia, 690922, Vladivostok; Russia, 630128, Novosibirsk

G. A. Lyubas

Institute of Solid-State Chemistry and Mechanochemistry SB RAS

Author for correspondence.
Email: sciencenano@yandex.ru
Russia, 630128, Novosibirsk

M. R. Sharafutdinov

Institute of Solid-State Chemistry and Mechanochemistry SB RAS; Synchrotron Radiation Facility SKIF, Boreskov Institute of Catalysis SB RAS

Author for correspondence.
Email: Marat@solid.nsc.ru
Russia, 630128, Novosibirsk; Russia, 630559, Novosibirsk

V. V. Kriventsov

Boreskov Institute of Catalysis SB RAS

Author for correspondence.
Email: Kriven@mail.ru
Russia, 630090, Novosibirsk

D. Yu. Kosyanov

SEC “Advanced Ceramic Materials”, Far Eastern Federal University

Author for correspondence.
Email: Kosianov.diu@dvfu.ru
Russia, 690922, Vladivostok

References

  1. Snyder G.J., Toberer E.S. // Nat. Mater. 2008. V. 7. P. 105. https://doi.org/10.1038/nmat2090
  2. Tritt T.M., Subramanian M.A. // MRS Bull. 2006. V. 31. P. 188. https://doi.org/10.1557/mrs2006.44
  3. Snyder G.J., Christensen M., Nishibori E., Caillat T., Iversen B.B. // Nat. Mater. 2004. V. 3. P. 458. https://doi.org/10.1038/nmat1154
  4. Venkatasubramanian R., Siivola E., Colpitts T., O’Quinn B. // Nature. 2001. V. 413. P. 597. https://doi.org/10.1038/35098012
  5. Hsu K.F., Loo S., Guo F., Chen W., Dyck J.S., Uher C., Hogan T., Polychroniadis E.K., Kanatzidis M.G. // Science. 2004. V. 303. P. 818. https://doi.org/10.1126/science.1092963
  6. Zhao L.-D., Lo S.-H., Zhang Y., Sun H., Tan G., Uher C., Wolverton C., Dravid V.P., Kanatzidis M.G. // Nature. 2014. V. 508. P. 373. https://doi.org/10.1038/nature13184
  7. Zhao L.-D., Tan G., Hao S., He J., Pei Y., Chi H., Wang H., Gong S., Xu H., Dravid V.P., Uher C., Snyder G., Wolverton J.C., Kanatzidis M.G. // Science. 2016. V. 351. P. 141. https://doi.org/10.1126/science. aad3749
  8. Rhyee J.-S., Lee K.H., Lee S.M., Cho E., Kim S.I., Lee E., Kwon Y.S., Shim J.H., Kotliar G. // Nature. 2009. V. 459. P. 965. https://doi.org/10.1038/nature08088
  9. Chung D.-Y., Hogan T., Brazis P., Rocci-Lane M., Kannewurf C., Bastea M., Uher C., Kanatzidis M.G. // Science. 2000. V. 287. P. 1024. https://doi.org/10.1126/science.287.5455.1024
  10. Raj B., van de Voorde M., Mahajan Y. Nanotechnology for Energy Sustainability. Weinheim: Wiley-VCH, 2017. https://doi.org/10.1002/9783527696109
  11. Kim S.I., Lee K.H., Mun H.A., Kim H.S., Hwang S.W., Roh J.W., Yang D.J., Shin W.H., Li X.S., Lee Y.H., Snyder G.J., Kim S.W. // Science. 2015. V. 348. P. 109. https://doi.org/10.1126/science.aaa4166
  12. Nolas G.S., Sharp J., Goldsmid H.J. Thermoelectrics: Basic Principles and New Materials Developments. Berlin, Heidelberg: Springer–Verlag, 2001. https://doi.org/10.1007/978-3-662-04569-5
  13. Zavjalov A., Tikhonov S., Kosyanov D. // Materials. 2019. V. 12. P. 2895. https://doi.org/10.3390/ma12182895
  14. Ohta H., Kim S., Mune Y., Mizoguchi T., Nomura K., Ohta S., Nomura T., Nakanishi Y., Ikuhara Y., Hirano M., Hosono H., Koumoto K. // Nat. Mater. 2007. V. 6. P. 129. https://doi.org/10.1038/nmat1821
  15. Zhang R., Wang C., Li J., Koumoto K. // J. Am. Ceram. Soc. 2010. V. 93. № 6. P. 1677. doi . 03619.xhttps://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2010
  16. Safronova N.A., Kryzhanovska O.S., Dobrotvorska M.V., Balabanov A.E., Tolmachev A.V., Yavetskiy R.P., Parkhomenko S.V., Brodskii R.Ye., Baumer V.N., Kosyanov D.Yu., Shichalin O.O., Papynov E.K., Li J. // Ceram. Int. 2020. V. 46. P. 6537. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.11.137
  17. Zavjalov A.P., Shichalin O.O., Tikhonov S.A., Kosyanov D.Yu. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2021. V. 1093. P. 012034. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1093/1/012034
  18. Tikhonov S.A., Zavjalov A.P., Kosyanov D.Yu. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2021. V. 1093. P. 012031. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1093/1/012031
  19. Piminov P.A., Baranov G.N., Bogomyagkov A.V. et al. // Phys. Procedia. 2016. V. 84. P. 19. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2016.11.005
  20. Ancharov A.I., Baryshev V.B., Chernov V.A. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2005. V. 543. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.nima.2005.01.021
  21. Evdokov O.V., Titov V.M., Tolochko B.P., Sharafutdinov M.R. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2009. V. 603. № 1–2. P. 194. https://doi.org/10.1016/j.nima.2009.03.001
  22. Aulchenko V.M., Evdokov O.V., Kutovenko V.D., Pirogov B.Ya., Sharafutdinov M.R., Titov V.M., Tolochko B.P., Vasiljev A.V., Zhogin I.A., Zhulanov V.V. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2009. V. 603. № 1–2. P. 76. https://doi.org/10.1016/j.nima.2008.12.164
  23. Wojdyr M. // J. Appl. Crystallogr. 2010. V. 43. P. 1126. https://doi.org/10.1107/S0021889810030499
  24. Klementiev K.V. VIPER. (Visual Processing in EXAFS Researches) for Windows. Users Manual and Tutorial with Comments on Analysis Methods in EXAFS. Version of manual 2.20. Version of program 11.00. Barcelona, Spain: 2012. 54 p. https://intranet.cells.es/Beamlines/CLAESS/software/VIPERmanual220.pdf.
  25. Klementiev K.V. XANES Dactyl scope. A Program for Quick and Rigorous XANES Analysis for Windows. Users Manual and Tutorial. Version of manual 1.10. Version of program 6.00. Barcelona, Spain: 2012. 23 p. https://intranet.cells.es/Beamlines/CLAESS/software/ XDmanual110.pdf.
  26. Lyubas G.A., Ledentsov N.N., Litvinov D., Gerthsen D., Soshnikov I.P., Ustinov V.M. // J. Exp. Theor. Phys. 2002. V. 75. P. 179. https://doi.org/10.1134/1.1475718
  27. Tsodikov M.V., Slivinskii E.V., Yushchenko V.V., Kitaev L.E., Kriventsov V.V., Kochubey D.I., Teleshev A.T. // Russ. Chem. Bull. 2000. V.49. № 12. P. 2003. https://doi.org/10.1023/A:1009567807897
  28. Kriventsov V.V., Kochubey D.I., Tsodikov M.V., Navio J. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2001. V. 470. № 1–2. P. 331. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(01)01068-3
  29. Kriventsov V.V., Kochubey D.I., Tsodikov M.V., Navio J.A., Restrepo G., Macias M. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2001. V. 470. № 1–2. P. 347. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(01)01072-5
  30. Trukhan N.N., Romannikov V.N., Shmakov A.N., Vanina M.P., Paukshtis E.A., Bukhtiyarov V.I., Kriventsov V.V., Danilov I.Y., Kholdeeva O.A. // Micropor. Mesopor. Mater. 2003. V. 59. № 2–3. P. 73. https://doi.org/10.1016/S1387-1811(03)00287-7
  31. Kholdeeva O.A., Mel’gunov M.S., Shmakov A.N., Trukhan N.N., Kriventsov V.V., Zaikovskii V.I., Malyshev M.E., Romannikov V.N. // Catal. Today. 2004. V. 91–92. P. 205. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2004.03.034

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (81KB)
Indexing metadata
3.

Download (85KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 А.П. Завьялов, Г.А. Любас, М.Р. Шарафутдинов, В.В. Кривенцов, Д.Ю. Косьянов

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».