termoelektryczny
Skutterudyt
Materiały skutterudytowe o strukturze sześciennej, o wzorze (Co,Ni,Fe)(P,Sb,As)₃, charakteryzują się potencjałem uzyskania wysokich wartości ZT dzięki dużej ruchliwości elektronów oraz wysokiemu współczynnikowi Seebecka.
Skutterudyty na bazie CoSb₃ bez domieszek charakteryzują się z natury large przewodnością cieplną, co obniża ich wartość ZT. Materiały te zawierają jednak puste przestrzenie, w które można wprowadzić jony o niskiej koordynacji (zazwyczaj pierwiastki ziem rzadkich). Jony te zmieniają przewodność cieplną poprzez tworzenie źródeł rozpraszania fononów sieciowych i zmniejszają przewodność cieplną wynikającą z sieci krystalicznej bez obniżania przewodności elektrycznej. Dzięki temu materiały te zachowują się jak PGEC (szkło fononowe, kryształ elektronowy). Proponuje się, aby w celu optymalizacji współczynnika ZT fonony odpowiedzialne za przewodność cieplną napotykały w materiale warunki podobne do tych występujących w szkle (wysoki stopień rozpraszania fononów – obniżający przewodność cieplną), podczas gdy elektrony muszą napotykać warunki charakterystyczne dla kryształu (bardzo niewielkie rozpraszanie – utrzymujące przewodność elektryczną).
Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.Przewodność cieplna sieci krystalicznej i wskaźnik jakości La0,9CoFe3Sb12
Zbadano wpływ wprowadzenia warstwy nanocząstek do La0,9CoFe3Sb12 w celu zmniejszenia przewodności cieplnej w zakresie temperatur do 550°C. Przewodność cieplną (l) obliczono na podstawie pojemności cieplnej (Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp) ustalonej wcześniej w DSC 404 F1 Pegasus®®. Przewodność cieplną sieci krystalicznej ustalono poprzez obliczenie elektrycznej przewodności cieplnej z wykorzystaniem zależności Wiedemanna-Franza, a następnie odjęcie jej od wartości ltotal.
W temperaturze 452°C współczynnik ZT osiąga wartość maksymalną, a nanokompozyt o zawartości 5% mas. wykazuje najwyższą wartość ZT, co stanowi poprawę o prawie 15% w porównaniu z próbką kontrolną niezawierającą nanocząstek (pomarańczowe kropki). Wyniki te wskazują, że nanocząstki wprowadzone do już zoptymalizowanych układów skutterudytowych mogą dodatkowo zmniejszyć przewodność cieplną, a tym samym poprawić współczynnik ZT w szerokim zakresie temperatur.
