θερμοηλεκτρικός

Σκουτερουδίτης

Τα κυβικά υλικά σκουτερουδίτη της μορφής (Co,Ni,Fe)(P,Sb,As)₃ έχουν τη δυνατότητα να επιτύχουν υψηλές τιμές ZT, χάρη στην υψηλή κινητικότητα των ηλεκτρονίων και τον υψηλό συντελεστή Seebeck που διαθέτουν.

Οι σκουτερουδίτες με βάση το CoSb₃ χωρίς πρόσθετα παρουσιάζουν το μειονέκτημα της εγγενώς large θερμικής αγωγιμότητας, η οποία μειώνει την τιμή ZT τους. Ωστόσο, τα υλικά αυτά περιέχουν κενά στα οποία μπορούν να εισαχθούν ιόντα χαμηλού συντονισμού (συνήθως στοιχεία σπάνιων γαιών). Αυτά μεταβάλλουν τη θερμική αγωγιμότητα δημιουργώντας πηγές σκέδασης φωνονίων του πλέγματος και μειώνουν τη θερμική αγωγιμότητα που οφείλεται στο πλέγμα χωρίς να μειώνουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Αυτό κάνει τα υλικά αυτά να συμπεριφέρονται σαν PGEC (φωνονικό γυαλί, κρύσταλλος ηλεκτρονίων). Προτείνεται ότι, προκειμένου να βελτιστοποιηθεί το ZT, τα φωνόνια που ευθύνονται για τη θερμική αγωγιμότητα πρέπει να αντιμετωπίζουν το υλικό όπως θα συνέβαινε σε ένα γυαλί (υψηλός βαθμός σκέδασης φωνονίων – μείωση της θερμικής αγωγιμότητας), ενώ τα ηλεκτρόνια πρέπει να το αντιμετωπίζουν ως κρύσταλλο (πολύ μικρή σκέδαση – διατήρηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας).

Θερμική αγωγιμότητα πλέγματος και δείκτης απόδοσης του La0.9CoFe3Sb12

Διερευνάται η επίδραση της εισαγωγής ενός στρώματος νανοσωματιδίων στο La0.9CoFe3Sb12 με σκοπό τη μείωση της θερμικής αγωγιμότητας έως τους 550 °C. Η θερμική αγωγιμότητα (l) υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας τη θερμική χωρητικότητα (Ειδική θερμοχωρητικότητα (cp)Η θερμοχωρητικότητα είναι ένα φυσικό μέγεθος ειδικό για κάθε υλικό, το οποίο καθορίζεται από την ποσότητα θερμότητας που παρέχεται στο δείγμα, διαιρούμενη με την προκύπτουσα αύξηση της θερμοκρασίας. Η ειδική θερμοχωρητικότητα σχετίζεται με τη μονάδα μάζας του δείγματος.cp) που είχε προκαθοριστεί στο DSC 404 F1 Pegasus^®®. Η θερμική αγωγιμότητα πλέγματος προσδιορίστηκε υπολογίζοντας την ηλεκτρική θερμική αγωγιμότητα με τη χρήση της σχέσης Wiedemann-Franz και αφαιρώντας την από το ltotal.

Στους 452 °C, ο δείκτης ZT παρουσιάζει τη μέγιστη τιμή του, και το νανοσύνθετο υλικό 5 wt.-% εμφανίζει τον υψηλότερο δείκτη ZT με βελτίωση σχεδόν 15% σε σχέση με το δείγμα ελέγχου που δεν περιέχει νανοσωματίδια (πορτοκαλί κουκκίδες). Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι τα νανοσωματίδια που εισάγονται σε ήδη βελτιστοποιημένα συστήματα σκουτερουδίτη μπορούν να μειώσουν περαιτέρω τη θερμική αγωγιμότητα και, ως εκ τούτου, να βελτιώσουν τον ZT σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών.