Endimensionelle krystaller til lavtemperatur termoelektrisk køling

Termoelektrisk køling er en solid-state køleproces, hvor varmen i et elektrisk ledende materiale overføres ved hjælp af materialets egne ledningselektroner uden behov for de gasformige kølemidler, såsom chlorfluorcarboner, der bruges i konventionel køling. Kølere baseret på termoelektrisk teknologi kan nedskaleres i størrelse uden at ændre deres termiske til elektriske energiomsætningseffektivitet, og dette er en stor fordel ved lokal køling af små elektroniske enheder. Denne effekt bruges allerede til temperaturregulering i enheder som infrarøde sensorer og laserdioder, og er også blevet brugt til at levere lavtemperatur-køling til kryogene elektroniske enheder som superledende sensorer.

Imidlertid, manglen på materialer med passende termoelektrisk effektivitet til praktiske køle-applikationer ved temperaturer under 250 K (ca. -23 ° C) har fået forskere ved Nagoya University til at se på effektiviteten af ​​nye forbindelser til virkelig lave temperaturer.

"Vi studerede de termoelektriske egenskaber ved whisker-lignende krystaller sammensat af en forbindelse af tantal, silicium og tellur, "siger den tilsvarende forfatter Yoshihiko Okamoto fra Nagoya University's Department of Applied Physics." Disse krystaller producerede meget høje termoelektriske kræfter over et bredt temperaturområde, fra det kryogene niveau på 50 K (hvilket er omkring −223 ° C) op til stuetemperatur, men bevarede stadig den lave elektriske resistivitet, der er nødvendig for praktiske køleapplikationer. "Prøverne, der blev dyrket til eksperimenterne, omfattede ren Ta4SiTe4 og andre krystaller, der blev kemisk dopet med lave mængder molybdæn og antimon.

Forskellige materialegenskaber blev målt til prøverne, herunder termoelektrisk effekt, elektrisk resistivitet, og varmeledningsevne, at sammenligne virkningerne af de to dopemidler på deres termoelektriske egenskaber. "Vi målte en meget høj termoelektrisk effektfaktor ved en optimal temperatur på 130 K, "tilføjer Okamoto." Dog, denne optimale temperatur kunne kontrolleres over et meget bredt område ved at variere den kemiske doping, og angiver, at disse krystaller er egnede til praktisk brug ved lav temperatur. "

Tilsætning af så lidt som 0,1 procent molybdæn-doping fik resistiviteten af ​​tellurid-type krystaller til at falde dramatisk ved lave temperaturer, mens de også demonstrerede høje termoelektriske kræfter, der var tæt forbundet med materialernes stærkt endimensionelle elektroniske strukturer. Krystallernes effektfaktorer ved stuetemperatur oversteg kraftigt de tilsvarende værdier for de konventionelle Bi2Te3-baserede legeringer, der almindeligvis bruges i termoelektriske applikationer, og disse krystaller repræsenterer således en meget lovende vej mod udvikling af højtydende termoelektriske køleopløsninger ved meget lave temperaturer.