termoelektrik

Skutterudit

(Co,Ni,Fe)(P,Sb,As)₃ formundaki kübik skutterudit malzemeler, yüksek elektron hareketliliği ve yüksek Seebeck katsayısı sayesinde yüksek ZT değerleri elde etme potansiyeline sahiptir.

Dolgusuz CoSb₃ bazlı skutteruditler, doğası gereği large termal iletkenlikleri nedeniyle dezavantajlıdır; bu da ZT değerlerini düşürür. Bununla birlikte, bu malzemeler, düşük koordinasyonlu iyonların (genellikle nadir toprak elementleri) yerleştirilebileceği boşluklar içerir. Bu iyonlar, kafes fonon saçılımı için kaynaklar oluşturarak termal iletkenliği değiştirir ve elektriksel iletkenliği azaltmadan kafes kaynaklı termal iletkenliği düşürür. Bu da bu malzemelerin bir PGEC (fonon camı, elektron kristali) gibi davranmasına neden olur. ZT değerini optimize etmek için, termal iletkenlikten sorumlu fononların malzemeyi bir camda olduğu gibi (yüksek derecede fonon saçılması – termal iletkenliği düşürür) algılaması, elektronların ise bir kristal gibi (çok az saçılma – elektriksel iletkenliği korur) algılaması gerektiği öne sürülmektedir.

La0.9CoFe3Sb12'nin Kafes Isıl İletkenliği ve Performans Katsayısı

Isıl iletkenliği azaltmak amacıyla La0,9CoFe3Sb12’ye bir nanoparçacık tabakasının eklenmesinin etkisi, 550°C’ye kadar incelenmiştir. Isıl iletkenlik (l), DSC 404 F1 Pegasus^®®. Kafes ısı iletkenliği, Wiedemann-Franz ilişkisi kullanılarak elektriksel ısı iletkenliği hesaplanıp ltotal değerinden çıkarılmasıyla bulunmuştur.

452°C'de ZT değeri maksimum seviyeye ulaşır ve %5 ağırlıkça nanokompozit, nanopartikül içermeyen kontrol numunesine (turuncu noktalar) kıyasla yaklaşık %15'lik bir artışla en yüksek ZT değerini gösterir. Bu sonuçlar, halihazırda optimize edilmiş skutterudit sistemlerine eklenen nanopartiküllerin, termal iletkenliği daha da azaltabileceğini ve dolayısıyla geniş bir sıcaklık aralığında ZT değerini artırabileceğini göstermektedir.