26.08.2025 by Dr. Chiara Baldini, Aileen Sammler
Meningkatkan Daya Termoelektrik dengan Keramik Nanoribbon - Rute Baru Menuju Kalsium Kobaltit Berkinerja Tinggi
Pencarian cara-cara baru untuk menggunakan energi secara efisien dan memajukan teknologi yang berkelanjutan adalah topik utama di zaman kita. Oleh karena itu, bahan yang mampu mengubah panas secara langsung menjadi energi listrik - yang disebut bahan termoelektrik - semakin menjadi sorotan. Senyawa keramik berbasis kalsium kobaltit dianggap sangat menjanjikan, karena kuat, tahan terhadap suhu tinggi, dan efisien dalam kinerjanya.
Dalam bidang bahan termoelektrik suhu tinggi, mencapai struktur mikro anisotropik dalam keramik polikristalin adalah strategi utama untuk meningkatkan Konduktivitas Listrik (SBA)Konduktivitas listrik adalah properti fisik yang menunjukkan kemampuan material untuk memungkinkan pengangkutan muatan listrik.konduktivitas listrik sekaligus menekan transpor termal.
Namun, bagaimana bahan-bahan ini dapat ditingkatkan lebih lanjut? Sebuah tim peneliti kini telah mengembangkan pendekatan yang sama sekali baru untuk secara signifikan meningkatkan sifat-sifat senyawa ini, sehingga mengambil langkah penting menuju pembangkit energi yang lebih bersih.
Studi terbaru yang diterbitkan dalam Journal of the American Ceramic dan berjudul "Keramik nanoribbon kobaltit kalsium termoelektrik berkinerja tinggi melalui pemintalan listrik dan tekstur plasma percikan ganda", menyajikan pendekatan inovatif untuk tantangan ini.
Dari Nanoribbon hingga Keramik Berkinerja Tinggi
Para peneliti dari Leibniz University Hannover dan Technion - Israel Institute of Technology berhasil menggabungkan electrospinning dengan SinteringSintering adalah proses produksi untuk membentuk bodi yang kuat secara mekanis dari serbuk keramik atau logam. sintering plasma percikan berurutan (SPS) dan tekstur plasma percikan bebas tepi (SPT). Strategi pemrosesan ini sebelumnya telah dipaparkan di blog sebelumnya, di mana strategi ini diterapkan pada keramik berbasis serbuk CCO.
Inovasi utama dari proyek ini adalah penggunaan nanoribbon elektrospun sebagai bahan awal untuk membuat keramik kalsium kobaltit (Ca₃Co₄O₉, CCO) yang sangat bertekstur.
Prekursor satu dimensi ini pada dasarnya bersifat anisotropik dan sudah menunjukkan orientasi butiran yang sejajar. Setelah disinter dan ditekstur menggunakan pendekatan gabungan SPS + SPT, kobaltit yang dihasilkan memiliki struktur mikro seperti dinding bata yang padat, keselarasan yang ditingkatkan untuk pengangkutan muatan dalam bidang yang efisien, dan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal yang berkurang karena hamburan fonon pada batas butir bertekstur.
Pada suhu 1073 K, bahan termoelektrik yang menjanjikan ini mencapai angka prestasi ZT = 0,53, yang merupakan salah satu nilai tertinggi yang dilaporkan untuk CCO polikristalin.
NETZSCH Analisis Termal Memungkinkan Evaluasi Properti Termoelektrik yang Akurat
Laboratorium NETZSCH Analyzing & Testing menyumbangkan pengukuran penting untuk penelitian ini dengan mengukur Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal, menggunakan alat Laser Flash NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash, dan Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik (Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen.cp) dengan alat NETZSCH DSC 404F1 Pegasus® Differential Scanning Calorimeter.
Kedua data tersebut memungkinkan penghitungan yang akurat atas Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal (λ) dan nilai ZT, yang memberikan wawasan langsung ke dalam efek struktur nano pada transportasi termal.
Studi ini menyoroti bagaimana blok bangunan keramik anisotropik yang telah terstruktur sebelumnya dapat secara signifikan meningkatkan sifat termoelektrik bahan oksida. Sinergi antara sintesis inovatif dan karakterisasi termal yang tepat membuka jalan bagi teknologi pemanenan energi baru yang didasarkan pada keramik yang stabil dan berkinerja tinggi.
Ucapan Terima Kasih
Pekerjaan ini merupakan hasil dari upaya kolaborasi antara Institut Kimia Fisik dan Elektrokimia di Universitas Leibniz Hannover (Jerman) dan Departemen Teknik Kimia Wolfson, bekerja sama dengan Nancy & Stephan Grand Technion Energy Program (GTEP) di Technion-Israel Institute of Technology (Haifa, Israel), yang bekerja sama dengan NETZSCH Analyzing & Testing.
Kami sangat senang dapat berkontribusi dalam penelitian ini dengan menyediakan keahlian analisis termal dan instrumentasi untuk karakterisasi yang tepat dari sifat-sifat termofisik.
Pendanaan akses terbuka untuk publikasi ini diaktifkan dan diorganisir oleh Projekt DEAL.
Pelajari lebih lanjut tentang NETZSCH Instrumen DSC dan LFA untuk Aplikasi Suhu Tinggi
