Fysikhold rapporterer gevinster i termoelektrisk ydeevne for halvledermateriale i bulk

(PhysOrg.com) - Forskere fra Boston College, MIT, Clemson og Virginia har brugt nanoteknologi til at opnå en 60-90 procent stigning i det termoelektriske fortjensttal af p-type halv-Heusler, en almindelig bulk halvlederforbindelse, teamet rapporterede i American Chemical Society journal Nano bogstaver .

Den dramatiske stigning i fortjenestetallet, bruges til at måle et materiales relative termoelektriske ydeevne, kunne bane vejen for en ny generation af produkter - fra biludstødningssystemer og kraftværker til solenergiteknologi - der kører renere, ifølge medforfatter Yan Xiao, en forsker i Institut for Fysik ved Boston College.

Holdet registrerede forbedring i halve Heusler, som er blevet undersøgt for sin termiske stabilitet, mekanisk robusthed, ikke-toksicitet og lave omkostninger. Imidlertid, anvendelsen af ​​halv-Heusler har været begrænset på grund af dens dårlige termoelektriske ydeevne:den registrerede tidligere et fortjenestetal på cirka 0,5 ved 700 grader Celsius for bulgods.

Xiao, arbejder med BC professor i fysik Zhifeng Ren og MIT's Soderberg professor i Power Engineering Gang Chen, sagde, at holdet producerede en stigning i værdien af ​​meritværdien af ​​p-type halv-Heusler til 0,8 ved 700 grader Celsius. I øvrigt, gruppernes materialeforberedelsesmetoder viste sig at spare tid og omkostninger sammenlignet med konventionelle metoder.

"Denne metode er lavpris og kan skaleres til masseproduktion, "Ren sagde." Dette repræsenterer en spændende mulighed for at forbedre ydelsen af ​​termoelektriske materialer på en omkostningseffektiv måde. "

Forskerne opnåede deres resultater ved først at danne legerede barrer ved hjælp af lysbuesmeltningsteknik og derefter oprette nanoskala pulvere ved at kuglefræse gødderne og til sidst opnå tæt masse ved varmpressning. Transport ejendomsmålinger sammen med mikrostrukturundersøgelser af de nanostrukturerede prøver, i sammenligning med bulkgots, viste, at den termoelektriske ydeevne forbedres hovedsageligt på grund af lav varmeledningsevne frembragt ved forbedret fononspredning ved korngrænser og defekter i materialet. Materialet viste sig også at have en høj Seebeck -koefficient, et mål for termoelektrisk effekt.

Forskere i BC- og MIT -laboratorierne forsøger stadig at forhindre kornvækst under pressen, hvilket tegner sig for den stadig store varmeledningsevne hos halv-Heusler.

"Endnu lavere varmeledningsevne og forbedret termoelektrisk ydeevne kan forventes, når gennemsnitlige kornstørrelser gøres mindre end 100 nm, "sagde Ren, der fik følgeskab på holdet af andre Boston College -forskere Giri Joshi, Weishu Liu, Yucheng Lan og Hui Wang, MIT's Sangyeop Lee, Virginia's Rogers professor i fysik Joe Poons og J.W. Simonson og Clemson Professor i fysik Terry M. Tritt.