حراري كهربائي
سكوتيرودايت
تتمتع المواد المكعبة من نوع «سكوتيروديت» التي تتخذ الصيغة (Co,Ni,Fe)(P,Sb,As)₃ بإمكانية تحقيق قيم ZT عالية بفضل حركة الإلكترونات العالية فيها ومعامل سيبيك المرتفع.
تُعاني مركبات سكوتروديت غير المملوءة القائمة على CoSb₃ من عيب يتمثل في الموصلية الحرارية المتأصلة large ، مما يؤدي إلى انخفاض قيمة ZT فيها. ومع ذلك، تحتوي هذه المواد على فراغات يمكن إدخال أيونات منخفضة التنسيق (عادةً عناصر التربة النادرة) فيها. وتؤدي هذه الأيونات إلى تغيير الموصلية الحرارية عن طريق توليد مصادر لتشتت الفونونات الشبكية، مما يقلل من الموصلية الحرارية الناتجة عن الشبكة البلورية دون التأثير على الموصلية الكهربائية. وهذا يجعل هذه المواد تتصرف كـ PGEC (زجاج فونوني، بلورة إلكترونية). يُقترح أنه من أجل تحسين قيمة ZT، يجب أن تتفاعل الفونونات المسؤولة عن الموصلية الحرارية مع المادة كما لو كانت في الزجاج (درجة عالية من تشتت الفونونات – مما يقلل من الموصلية الحرارية)، بينما يجب أن تتفاعل الإلكترونات معها كما لو كانت في بلورة (تشتت ضئيل جدًا – مما يحافظ على الموصلية الكهربائية).
الموصلية الحرارية الشبكية ومعامل الجدارة لـ La0.9CoFe3Sb12
تمت دراسة تأثير إدخال طبقة من الجسيمات النانوية في La0.9CoFe3Sb12 بهدف تقليل الموصلية الحرارية حتى درجة حرارة 550°C. تم حساب الموصلية الحرارية (l) باستخدام السعة الحرارية (cp) المحددة مسبقًا في DSC 404 F1 Pegasus®®. وتم تحديد الموصلية الحرارية الشبكية عن طريق حساب الموصلية الحرارية الكهربائية باستخدام علاقة فيدمان-فرانز وطرحها من ltotal.
عند 452 درجة مئوية، يصل معامل ZT إلى قيمته القصوى، ويُظهر المركب النانوي بنسبة 5٪ بالوزن أعلى قيمة لـ ZT مع تحسن بنسبة تقارب 15٪ مقارنةً بالعينة الضابطة التي لا تحتوي على جسيمات نانوية (النقاط البرتقالية). تُظهر هذه النتائج أن الجسيمات النانوية التي أُضيفت إلى أنظمة سكوتيرودايت المُحسّنة مسبقًا يمكنها أن تقلل الموصلية الحرارية بشكل أكبر، وبالتالي تحسّن قيمة ZT ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة.
