区熔法制备金属硫化物Ag_(2)S及其热电性能研究

摘要

金属硫化物Ag_(2)S具有优异的物理化学性能,在催化、传感及光电子等领域具有广阔的应用空间。本工作利用一种区熔技术制备了尺寸为ϕ18 mm×50 mm的Ag_(2)S并对其潜在热电性能进行了研究。Ag_(2)S在450 K以下具有标准的α-Ag_(2)S单斜P21/c结构,450 K以上发生相变成为立方β-Ag_(2)S相。Ag_(2)S在300~650 K范围始终具有负的Seebeck系数而呈现n型半导体特征,这主要是因为材料中存在Ag间隙离子而提供了多余电子。Ag_(2)S的Seebeck系数在室温下约为-1200μV·K^(-1),440 K时降为-680μV·K^(-1),当转变为β-Ag_(2)S后则大幅降至~-100μV·K^(-1)。α-Ag_(2)S的电导率几乎为零,然而在刚发生β-Ag_(2)S相变(450 K)时,电导率突然增加至~40000.5 S·m^(-1),而后随着温度持续升高,其值在650 K降低为33256.2 S·m^(-1)。霍尔测试表明Ag_(2)S的载流子浓度nH在相变时可从~10^(17) cm^(-3)迅速增加到~10^(18) cm^(-3)量级。α-Ag_(2)S和β-Ag_(2)S的总热导率κ几乎是常数,分别为~0.20和~0.45 W·m^(-1)·K^(-1)。最终Ag_(2)S在580 K获得最大ZT值0.57,说明它是一种很有发展潜力的中温热电材料。