열전

스쿠터루다이트

(Co,Ni,Fe)(P,Sb,As)₃의 형태를 띤 입방정계 스쿠터루다이트 물질은 높은 전자 이동도와 높은 지베크 계수 덕분에 높은 ZT 값을 나타낼 잠재력을 가지고 있다.

비채워진 CoSb3 기반 스커터루다이트는 본질적으로 large 인 열전도도로 인해 ZT 값이 낮아지는 단점이 있다. 그러나 이러한 물질에는 낮은 배위수를 가진 이온(일반적으로 희토류 원소)이 삽입될 수 있는 공극이 포함되어 있다. 이러한 이온들은 격자 포논 산란의 원천을 생성함으로써 열전도도를 변화시키며, 전기 전도도를 저하시키지 않으면서 격자에 기인한 열전도도를 감소시킨다. 이로 인해 해당 물질은 PGEC(포논 유리, 전자 결정)와 유사한 특성을 나타낸다. ZT를 최적화하기 위해서는, 열전도도를 담당하는 포논은 유리에서와 같이 재료 내에서 이동해야 하며(높은 포논 산란도 – 열전도도 감소), 전자는 결정에서와 같이 이동해야 한다는 것이 제안되고 있다(산란이 거의 없음 – 전기 전도도 유지).

La0.9CoFe3Sb12의 격자 열전도도 및 성능 지수

열전도도를 낮추기 위해 La0.9CoFe3Sb12에 나노입자 층을 도입했을 때의 효과를 550°C까지 조사하였다. 열전도도(l)는 DSC 404 F1 Pegasus^®®에서 미리 결정된 열용량(비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp)을 사용하여 계산되었다. 격자 열전도도는 비데만-프란츠(Wiedemann-Franz) 관계를 이용하여 전기 열전도도를 계산한 후 이를 ltotal에서 빼서 구했다.

452°C에서 ZT는 최대값을 보였으며, 5 wt.-% 나노복합체는 나노입자가 포함되지 않은 대조군(주황색 점)에 비해 약 15% 향상된 가장 높은 ZT를 나타냈다. 이러한 결과는 이미 최적화된 스쿠테루다이트 시스템에 나노입자를 도입하면 열전도율을 더욱 낮출 수 있으며, 그 결과 광범위한 온도 범위에서 ZT를 향상시킬 수 있음을 보여준다.