High-temperature thermoelectric properties of polycrystalline CaMn<sub>1-<i>x</i> </sub>Nb<sub> <i>x</i> </sub>O<sub>3-δ</sub>
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2018
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9204-9214(11쪽)
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<P><B>Abstract</B></P> <P>The structural and thermoelectric (TE) properties of polycrystalline CaMn<SUB>1-<I>x</I> </SUB>Nb<SUB> <I>x</I> </SUB>O<SUB>3-δ</SUB> (0.025 ≤ <I>x</I> ≤ 0.25) were studied with X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), transmission electron microscopy (TEM), and electrical transport measurements, with an emphasis placed on the Nb<SUP>5+</SUP> content. The CaMn<SUB>1-<I>x</I> </SUB>Nb<SUB> <I>x</I> </SUB>O<SUB>3-δ</SUB> crystallized in an orthorhombic perovskite structure of the <I>Pnma</I> space group. The density and grain size of the CaMn<SUB>1-<I>x</I> </SUB>Nb<SUB> <I>x</I> </SUB>O<SUB>3-δ</SUB> samples gradually decreased when Nb<SUP>5+</SUP> ions substituted Mn<SUP>4+</SUP> ions. The CaMn<SUB>0.95</SUB>Nb<SUB>0.05</SUB>O<SUB>3-δ</SUB> sample contained charge-ordered domains, stacking faults, and micro-twins. The substitution of Nb<SUP>5+</SUP> for Mn<SUP>4+</SUP> up to <I>x</I> = 0.15 led to an increase in electrical conductivity, mainly due to an increased electron concentration. The CaMn<SUB>1-<I>x</I> </SUB>Nb<SUB> <I>x</I> </SUB>O<SUB>3-δ</SUB> samples with low Nb<SUP>5+</SUP> contents (0.025 ≤<I> x</I> ≤ 0.15) showed metallic behavior, whereas those with high Nb<SUP>5+</SUP> contents (0.2 ≤<I> x</I> ≤ 0.25) showed semiconducting behavior. The Nb<SUP>5+</SUP> substitution lowered the absolute value of the Seebeck coefficient for the CaMn<SUB>1-<I>x</I> </SUB>Nb<SUB> <I>x</I> </SUB>O<SUB>3-δ</SUB> samples due to an increased electron concentration. The largest power factor (1.19 × 10<SUP>−4</SUP> W m<SUP>−1</SUP> K<SUP>−2</SUP>) was obtained for CaMn<SUB>0.95</SUB>Nb<SUB>0.05</SUB>O<SUB>3-δ</SUB> at 800 °C. The partial substitution of Nb<SUP>5+</SUP> for Mn<SUP>4+</SUP> in CaMnO<SUB>3-δ</SUB> proved to be highly effective for improving high-temperature TE properties.</P>
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