θερμοηλεκτρικό

Skutterudite

Τα κυβικά υλικά skutterudite της μορφής (Co,Ni,Fe)(P,Sb,As)3, έχουν τη δυνατότητα για υψηλές τιμές ZT λόγω της υψηλής κινητικότητας των ηλεκτρονίων τους και του υψηλού συντελεστή Seebeck.

Οι μη γεμισμένοι skutterudites με βάση το CoSb3 μειονεκτούν λόγω της εγγενούς θερμικής αγωγιμότητάς τους large, 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 για σκέδαση φωνονίων πλέγματος και μειώνουν τη θερμική αγωγιμότητα λόγω του πλέγματος χωρίς να μειώνουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Αυτό κάνει τα υλικά αυτά να συμπεριφέρονται σαν PGEC (φωνονικός κρύσταλλος, κρύσταλλος ηλεκτρονίων). Προτείνεται ότι προκειμένου να βελτιστοποιηθεί το ZT, τα φωνόνια που είναι υπεύθυνα για τη θερμική αγωγιμότητα πρέπει να βιώνουν το υλικό όπως θα έκαναν σε ένα γυαλί (υψηλός βαθμός σκέδασης φωνονίων- μείωση της θερμικής αγωγιμότητας), ενώ τα ηλεκτρόνια πρέπει να το βιώνουν ως κρύσταλλο (πολύ μικρή σκέδαση- διατήρηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας).

Θερμική αγωγιμότητα πλέγματοςκαι σχήμα αξίας του La0.9CoFe3Sb12

Διερευνάται η επίδραση της εισαγωγής στρώματος νανοσωματιδίων στο La0.9CoFe3Sb12 προκειμένου να μειωθεί η θερμική αγωγιμότητα έως τους 550°C. Η θερμική αγωγιμότητα (l) υπολογίστηκε με τη χρήση της θερμοχωρητικότητας (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 προκαθορίστηκε στο DSC 404 F1 Pegasus^®®. Η θερμική αγωγιμότητα πλέγματος βρέθηκε με τον υπολογισμό της ηλεκτρικής θερμικής αγωγιμότητας χρησιμοποιώντας τη σχέση Wiedemann-Franz και αφαιρώντας την από το ltotal.

Στους 452°C, η ZT παρουσιάζει το μέγιστο της και το νανοσύνθετο 5 κ.β. παρουσιάζει την υψηλότερη ZT με βελτίωση σχεδόν 15% σε σχέση με το δείγμα ελέγχου που δεν περιέχει νανοσωματίδια (πορτοκαλί dots). Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι τα νανοσωματίδια που εισάγονται σε ήδη βελτιστοποιημένα συστήματα skutterudite μπορούν να μειώσουν περαιτέρω τη θερμική αγωγιμότητα και συνεπώς να βελτιώσουν το ZT σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών.