termoelektrisk

Skutterudit

Kubiska skutteruditmaterial av formen (Co,Ni,Fe)(P,Sb,As)₃ har potential för höga ZT-värden tack vare sin höga elektronrörlighet och höga Seebeck-koefficientSeebeck-koefficienten är förhållandet mellan den inducerade termoelektriska spänningen och temperaturskillnaden mellan två punkter på en elektrisk ledare.Seebeck-koefficient.

Ofyllda skutteruditer baserade på CoSb₃ har nackdelen att de har en i sig large Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga, vilket sänker deras ZT-värde. Dessa material innehåller dock hålrum i vilka joner med låg koordinationsgrad (vanligtvis sällsynta jordartsmetaller) kan infogas. Dessa förändrar värmeledningsförmågan genom att skapa källor för fononspridning i kristallgitteret och minskar värmeledningsförmågan på grund av kristallgitteret utan att den elektriska ledningsförmågan minskar. Detta gör att dessa material uppför sig som ett PGEC (fononglas, elektronkristall). Det föreslås att för att optimera ZT måste fononer, som är ansvariga för värmeledningsförmågan, uppleva materialet som de skulle göra i ett glas (hög grad av fononspridning – vilket sänker värmeledningsförmågan) medan elektroner måste uppleva det som en kristall (mycket liten spridning – vilket bibehåller den elektriska ledningsförmågan).

Gitters Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga och meritfaktor för La0,9CoFe3Sb12

Effekten av att införa ett nanopartikellager i La₀,₉CoFe₃Sb₁₂ för att minska värmeledningsförmågan undersöks upp till 550 °C. Värmeledningsförmågan (l) beräknades med hjälp av värmekapaciteten (Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.cp) som fastställts i DSC 404 F1 Pegasus^®®. Gittervärmeledningsförmågan fastställdes genom att beräkna den elektriska värmeledningsförmågan med hjälp av Wiedemann-Franz-sambandet och subtrahera den från ltotal.

Vid 452 °C uppnår ZT sitt maximum, och nanokompositen med 5 viktprocent uppvisar det högsta ZT-värdet med en förbättring på nästan 15 % jämfört med kontrollprovet som inte innehåller några nanopartiklar (orange prickar). Dessa resultat visar att nanopartiklar som införs i redan optimerade skutteruditsystem kan minska värmeledningsförmågan ytterligare och därmed förbättra ZT inom ett brett temperaturintervall.