Open Access

Laura Bocher

• Polycrystalline perovskite-type manganate phases, i.e. CaMn1-xNbxO3 (x = 0.02, 0.05, 0.08, and 0.10) and LaMn1-xCoxO3 (x = 0.05, 0.10, 0.90, and 0.95) phases were studied regarding their thermoelectric properties for high-temperature applications. Different synthesis methods were successfully applied, i.e. the conventional solid state reaction (SSR) method and the "chimie douce" synthesis routes, resulting in highly-crystalline tailor-made perovskite particles with a diversity of particle sizes, morphologies, and microstructures. Perovskite-type manganates were investigated concerning their morphology, crystal structure, microstructure, thermal stability, and low-temperature magnetic properties. Their thermoelectric properties were evaluated within the temperature range of 5 K < T < 1270 K. Nanostructured perovskite-type phases yield peculiar magnetic, electrical and thermal transport properties compared to the bulk counterpart materials. Thermally-stablemesoporous titanate phases andPolycrystalline perovskite-type manganate phases, i.e. CaMn1-xNbxO3 (x = 0.02, 0.05, 0.08, and 0.10) and LaMn1-xCoxO3 (x = 0.05, 0.10, 0.90, and 0.95) phases were studied regarding their thermoelectric properties for high-temperature applications. Different synthesis methods were successfully applied, i.e. the conventional solid state reaction (SSR) method and the "chimie douce" synthesis routes, resulting in highly-crystalline tailor-made perovskite particles with a diversity of particle sizes, morphologies, and microstructures. Perovskite-type manganates were investigated concerning their morphology, crystal structure, microstructure, thermal stability, and low-temperature magnetic properties. Their thermoelectric properties were evaluated within the temperature range of 5 K < T < 1270 K. Nanostructured perovskite-type phases yield peculiar magnetic, electrical and thermal transport properties compared to the bulk counterpart materials. Thermally-stablemesoporous titanate phases and CaMn1-xNbxO3 phases characterized by the presence of twinned domains and Ruddlesden-Popper planar defects at the nanometer scale revealed barely low thermal conductivity values, i.e. k < 1 W.m-1.K-1; this being one of the essential prerequisites to achieve high-efficient thermoelectric materials. The perovskite-type CaMn1-xNbxO3 phases (x = 0.02, 0.05, 0.08, and 0.10) were investigated as potential n-type thermoelectric oxides. The substitution of Mn4+ by Nb5+ in the CaMnO3 system induces the creation of Mn3+ cations which further influences the structural and the physical properties. Tuning the charge carrier concentration, via Nb substitutions, enables to target the best compromise between large Seebeck coefficients and low electrical resistivities, both material properties being interrelated in a conflicting manner. High power factor values combined with low thermal conductivities yield ZT > 0.3 at T = 1000 K, making these phases one of the best perovskite-type structures as polycrystalline n-type thermoelectric materials operating in air at high temperatures. Remarkable properties such as a low-temperature magnetic transition, a high-temperature structural transition accompanied with a thermal reduction further influence the thermoelectric properties of the Nb-containing CaMnO3 phases. Besides, the B-site substitution in the LaMn1-xCoxO3 phases (x = 0.05, 0.10, 0.90, and 0.95) modies its thermoelectric properties depending on the predominance of the transition metal.…
• Polykristalline perovskitische Manganatphasen, wie beispielweise CaMn1-xNbxO3 (x = 0.02, 0.05, 0.08, and 0.10) und LaMn1-xCoxO3 (x = 0.05, 0.10, 0.90, and 0.95), wurden auf ihre thermoelektrischen Eigenschaften für Hoch-Temperatur-Anwendungen untersucht. Unterschiedliche Synthesemethoden, wie die konventionelle Festphasenreaktion und die "chimie douce"-Synthesen, wurden erfolgreich angewendet und führten zu hochkristallinen, maßgeschneiderten Perovskit-Partikeln mit einer Varianz in der Partikelgröße, Morphologie und Mikrostruktur. Die perovskitartigen Manganate wurden hinsichtlich ihrer Morphologie, Kristallstruktur, Mikrostruktur, thermischen Stabilität und ihrer magnetischen Eigenschaften im Tieftemperaturbereich untersucht. Ihre thermoelektrischen Eigenschaften wurden in einem Temperaturbereich von 5 K < T < 1270 K gemessen. Die nanostrukturierten Perovskitphasen unterschieden sich durch ihre eigenartigen magnetischen, elektrischen und thermischen Transporteigenschaften sehr vonPolykristalline perovskitische Manganatphasen, wie beispielweise CaMn1-xNbxO3 (x = 0.02, 0.05, 0.08, and 0.10) und LaMn1-xCoxO3 (x = 0.05, 0.10, 0.90, and 0.95), wurden auf ihre thermoelektrischen Eigenschaften für Hoch-Temperatur-Anwendungen untersucht. Unterschiedliche Synthesemethoden, wie die konventionelle Festphasenreaktion und die "chimie douce"-Synthesen, wurden erfolgreich angewendet und führten zu hochkristallinen, maßgeschneiderten Perovskit-Partikeln mit einer Varianz in der Partikelgröße, Morphologie und Mikrostruktur. Die perovskitartigen Manganate wurden hinsichtlich ihrer Morphologie, Kristallstruktur, Mikrostruktur, thermischen Stabilität und ihrer magnetischen Eigenschaften im Tieftemperaturbereich untersucht. Ihre thermoelektrischen Eigenschaften wurden in einem Temperaturbereich von 5 K < T < 1270 K gemessen. Die nanostrukturierten Perovskitphasen unterschieden sich durch ihre eigenartigen magnetischen, elektrischen und thermischen Transporteigenschaften sehr von den Volumephasen. Temperaturstabile, mesoporöse Titanatphasen und CaMn1-xNbxO3-d Phasen wurden durch das Vorhandensein von Zwillingsdomänen und Ruddlesden-Popper-Ebenendefekten im Nanometerbereich charakterisiert und offenbarten nur sehr geringe, thermische Leitfähigkeiten (k < 1 W.m-1.K-1), die jedoch essentielle Voraussetzungen sind, um hoch-effektive thermoelektrische Materialien zu erhalten. Die CaMn1-xNbxO3 Perovskitphasen (x = 0.02, 0.05, 0.08, and 0.10) wurden auf ihr Potential als thermoelektrische n-Typ-Oxide untersucht. Der Austausch der Mn4+ durch Nb5+ im CaMnO3-System, bewirkt die Bildung von Mn3+ Kationen, was Auswirkungen auf die strukturellen und physikalischen Eigenschaften des Materials hat. Durch gezielte Veränderung der Ladungsträgerkonzentration mittels Nb-Austausch, erhält man die besten Kompromisse zwischen großen Seebeckkoeffizienten und geringem, elektrischen Widerstand. Beide Materialeigenschaften sind in gegensätzlicher Weise miteinander verbunden. Große Leistungsfaktorwerte in Kombination mit niedriger thermischer Leitfähigkeit liefern ZT > 0.3 bei T = 1000 K, was diese Phasen zu einer der besten Perovskitstrukturen für polykristalline n-Typ Thermoelektrika für die Hochtemperaturanwendung in Luft macht. Magnetische Übergänge bei niedrigen Temperaturen sowie Strukturübergänge bei hohen Temperaturen in Zusammenhang mit thermischer Reduktion, sind außerordentliche Merkmale, die weiteren Einfluss auf die thermoelektrischen Eigenschaften der Nb-haltigen CaMnO3-Phasen haben. Außerdem verändert die B-seitige Substitution in der LaMn1-xCoxO3-Phase (x = 0.05, 0.10, 0.90, and 0.95) deren thermoelektrische Eigenschaften in Abhängigkeit von der Vorherrschaft des Übergangsmetalls.…