termoelektrisk

Skutterudit

Kubiske skutterudit-materialer af formen (Co,Ni,Fe)(P,Sb,As)₃ har potentiale til høje ZT-værdier på grund af deres høje elektronmobilitet og høje Seebeck-koefficientSeebeck-koefficienten er forholdet mellem den inducerede termoelektriske spænding og temperaturforskellen mellem to punkter på en elektrisk leder.Seebeck-koefficient.

Ufyldte skutteruditter baseret på CoSb₃ har den ulempe, at de har en iboende large Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne, hvilket sænker deres ZT-værdi. Disse materialer indeholder imidlertid hulrum, hvori ioner med lav koordinationsgrad (typisk sjældne jordarters metaller) kan indsættes. Disse ændrer varmeledningsevnen ved at skabe kilder til gitterfononspredning og mindsker varmeledningsevnen på grund af gitteret uden at reducere den elektriske ledningsevne. Dette får disse materialer til at opføre sig som et PGEC (fononglas, elektronkrystal). Det foreslås, at for at optimere ZT skal fononer, der er ansvarlige for den termiske ledningsevne, opleve materialet, som de ville i et glas (høj grad af fononspredning – hvilket sænker den termiske ledningsevne), mens elektroner skal opleve det som et krystal (meget lidt spredning – hvilket opretholder den elektriske ledningsevne).

Gittertermisk ledningsevne og meritfaktor for La0,9CoFe3Sb12

Effekten af at indføre et nanopartikellag i La0,9CoFe3Sb12 for at reducere varmeledningsevnen undersøges op til 550 °C. Varmeledningsevnen (l) blev beregnet ved hjælp af varmekapaciteten (Specifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp), der var forudbestemt i DSC 404 F1 Pegasus^®®. Gittervarme ledningsevnen blev fundet ved at beregne den elektriske varme ledningsevne ved hjælp af Wiedemann-Franz-ligningen og trække den fra ltotal.

Ved 452 °C udviser ZT sit maksimum, og nanokompositten med 5 vægtprocent viser den højeste ZT med en forbedring på næsten 15 % i forhold til kontrolprøven, der ikke indeholder nanopartikler (orange prikker). Disse resultater viser, at nanopartikler, der indføres i allerede optimerede skutterudit-systemer, kan reducere varmeledningsevnen yderligere og dermed forbedre ZT inden for et bredt temperaturområde.