Matériaux thermoélectriques

Skutterudite

Les matériaux skutterudites cubiques de la forme (Co,Ni,Fe)(P,Sb,As)3, ont un potentiel pour des valeurs ZT élevées en raison de leur grande mobilité électronique et de leur Coefficient SeebeckLe coefficient Seebeck est le rapport entre la tension thermoélectrique induite et la différence de température entre deux points d'un conducteur électrique.coefficient Seebeck élevé.

Les skutterudites non remplis à base de CoSb3 sont désavantagés par leur conductivité thermique inhérente large, qui réduit leur valeur ZT. Cependant, ces matériaux contiennent des vides dans lesquels des ions de faible coordination (généralement des éléments de terre rare) peuvent être insérés. Ceux-ci modifient la conductivité thermique en produisant des sources de diffusion des phonons du réseau et diminuent la conductivité thermique due au réseau sans réduire la conductivité électrique. Ces matériaux se comportent donc comme un PGEC (verre à phonons, cristal d'électrons). Il est proposé que pour optimiser le ZT, les phonons, qui sont responsables de la conductivité thermique, doivent vivre le matériau comme ils le feraient dans un verre (degré élevé de diffusion des phonons - abaissement de la conductivité thermique) tandis que les électrons doivent le vivre comme un cristal (très peu de diffusion - maintien de la conductivité électrique).

Conductivité thermique du réseau et figure de mérite de La0.9CoFe3Sb12

L'effet de l'introduction d'une couche de nanoparticules dans La0.9CoFe3Sb12 afin de réduire la conductivité thermique est étudié jusqu'à 550°C. La conductivité thermique (l) a été calculée en utilisant la capacité thermique (Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp) prédéterminée dans le DSC 404 F1 Pegasus^®®. La conductivité thermique du réseau a été déterminée en calculant la conductivité thermique électrique à l'aide de la relation Wiedemann-Franz et en la soustrayant de ltotal.

A 452°C, le ZT atteint son maximum, et le nanocomposite à 5 % en poids présente le ZT le plus élevé avec une amélioration de près de 15 % par rapport à l'échantillon de contrôle qui ne contient pas de nanoparticules (points orange). Ces résultats montrent que les nanoparticules introduites dans des systèmes de skutterudite déjà optimisés peuvent réduire davantage la conductivité thermique et donc améliorer le ZT dans une large gamme de températures.