26.08.2025 by Dr. Chiara Baldini, Aileen Sammler
Nanoribbon Seramiklerle Termoelektrik Gücün Artırılması - Yüksek Performanslı Kalsiyum Kobaltitlere Giden Yeni Bir Yol
Enerjiyi verimli bir şekilde kullanmanın ve sürdürülebilir teknolojileri geliştirmenin yeni yollarını aramak günümüzün merkezi konularından biridir. Termoelektrik malzemeler olarak adlandırılan ve ısıyı doğrudan elektrik enerjisine dönüştürebilen malzemeler bu nedenle giderek daha fazla ilgi odağı olmaktadır. Kalsiyum kobaltit bazlı seramik bileşikler, sağlam, yüksek sıcaklıklara dayanıklı ve performanslarında verimli oldukları için özellikle umut verici olarak kabul edilmektedir.
Yüksek sıcaklık termoelektrik malzemeleri alanında, polikristalin seramiklerde anizotropik mikro yapılar elde etmek, termal taşınımı bastırırken elektrik iletkenliğini artırmak için önemli bir stratejidir.
Peki bu malzemeler nasıl daha da geliştirilebilir? Bir araştırma ekibi şimdi bu bileşiklerin özelliklerini önemli ölçüde geliştirmek için tamamen yeni bir yaklaşım geliştirdi ve böylece daha temiz enerji üretimine doğru önemli bir adım attı.
Journal of the American Ceramic dergisinde yayınlanan ve "Elektrospinning ve çift kıvılcımlı plazma tekstüre yoluyla yüksek performanslı termoelektrik kalsiyum kobaltit nanoribbon seramik" başlıklı son çalışma, bu zorluğa yenilikçi bir yaklaşım sunuyor.
Nanoribbonlardan Yüksek Performanslı Seramiklere
Hannover Leibniz Üniversitesi ve Technion - İsrail Teknoloji Enstitüsü'nden araştırmacılar, elektrospinning ile sıralı kıvılcım plazma SinterlemeSinterleme, seramik veya metalik bir tozdan mekanik olarak güçlü bir gövde oluşturmak için kullanılan bir üretim sürecidir. sinterleme (SPS) ve kenarsız kıvılcım plazma tekstüreyi (SPT) başarıyla birleştirdi. Bu işleme stratejisi daha önce CCO toz bazlı seramiklere uygulandığı bir önceki blogda sunulmuştu.
Bu projenin temel yeniliği, yüksek dokulu kalsiyum kobaltit (Ca₃Co₄O₉, CCO) seramikler oluşturmak için başlangıç malzemesi olarak elektrospun nanoribbonların kullanılmasıdır.
Bu tek boyutlu öncüller doğaları gereği anizotropiktir ve halihazırda hizalanmış tane yönelimi sergilerler. Kombine SPS + SPT yaklaşımı kullanılarak sinterlendikten ve tekstüre edildikten sonra, ortaya çıkan kobaltit yoğun bir şekilde paketlenmiş, tuğla duvar benzeri bir mikro yapıya, verimli düzlem içi yük taşınımı için gelişmiş bir hizalamaya ve tekstüre edilmiş tane sınırlarında fonon saçılması nedeniyle azaltılmış termal iletkenliğe sahiptir.
1073 K'de, bu umut verici termoelektrik malzeme, polikristalin CCO için bildirilen en yüksek değerler arasında yer alan ZT = 0.53 değerine ulaşmıştır.
NETZSCH Doğru Termoelektrik Özellik Değerlendirmesi Sağlayan Termal Analizörler
NETZSCH Analiz ve Test laboratuvarı, NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash Lazer Flaş aparatını kullanarak termal difüziviteyi ve NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® Diferansiyel Taramalı Kalorimetre ile özgül ısı kapasitesini (Özgül Isı Kapasitesi (cp)Isı kapasitesi, numuneye verilen ısı miktarının ortaya çıkan sıcaklık artışına bölünmesiyle belirlenen, malzemeye özgü fiziksel bir niceliktir. Özgül ısı kapasitesi, numunenin birim kütlesiyle ilişkilidir.cp) ölçerek bu çalışma için temel ölçümlere katkıda bulunmuştur.
Her iki veri de Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik (λ) ve ZT değerlerinin doğru hesaplanmasını sağlayarak nano-yapılandırmanın termal taşıma üzerindeki etkisine dair doğrudan fikir vermektedir.
Bu çalışma, önceden yapılandırılmış, anizotropik seramik yapı taşlarının oksit malzemelerin termoelektrik özelliklerini nasıl önemli ölçüde artırabileceğini vurgulamaktadır. Yenilikçi sentez ve hassas termal karakterizasyon arasındaki sinerji, kararlı, yüksek performanslı seramiklere dayalı yeni enerji toplama teknolojilerinin yolunu açmaktadır.
Teşekkür
Bu çalışma, Leibniz Üniversitesi Hannover (Almanya) Fiziksel Kimya ve Elektrokimya Enstitüsü ile Wolfson Kimya Mühendisliği Bölümü arasında, Technion-İsrail Teknoloji Enstitüsü (Hayfa, İsrail) Nancy & Stephan Grand Technion Enerji Programı (GTEP) ve NETZSCH Analyzing & Testing ile işbirliği içinde yürütülen ortak bir çalışmanın sonucudur.
Termofiziksel özelliklerin hassas bir şekilde karakterize edilmesi için termal analiz uzmanlığı ve enstrümantasyon sağlayarak bu araştırmaya katkıda bulunmuş olmaktan memnuniyet duyuyoruz.
Bu yayın için açık erişim finansmanı Projekt DEAL tarafından sağlanmış ve organize edilmiştir.
NETZSCH Yüksek Sıcaklık Uygulamaları için DSC ve LFA Cihazları hakkında daha fazla bilgi edinin
