Revista si suplimente
MarketWatch
Inapoi Inainte

Nanocompozite de Pt (Bi, Sb)2Te3 pentru aplicaţii termoelectrice realizate în INCDFM

22 Martie 2016



Dispozitivele termoelectrice generează un gradient de potenţial electric dintr-un gradient termic şi viceversa, fără să aibă părţi în mişcare. Încălzirea locuinţelor, eşaparea gazelor arse la automobile şi procesele industriale generează o enormă cantitate de căldură nefolosită ce poate fi convertită în electricitate cu ajutorul termoelectricităţii. Pe de altă parte, avansul termoelectricităţii poate să ducă la înlocuirea răcirii bazate pe compresie cu dispozitive solid state de răcire Peltier. În cadrul Institutului Naţional de C-D pentru Fizică Materialelor (INCDFM) au fost realizate studii în vederea producerii de materiale şi dispozitive termoelectrice, orientate către producerea de materiale pentru dispozitive miniaturizate, cu performanţe termoelectrice ridicate.

Creşterea performanţei noilor dispozitive termoelectrice se realizează prin modificarea proprietăţilor materialelor de interes, prin manipularea dopării, structurii electronice sau a microstructurii acestora. Un material termoelectric bun ar trebui să posede un coeficient Seebeck mare, o conductivitate termică mică şi o conductivitate electrică mare. Rezultatele experimentale au arătat că se poate micşora conductivitatea termică în nanostructurile uni şi bidimensionale în care asperitatea marginilor fazei este suficient de mare pentru a împrăştia fononii în mod incoerent. În acelaşi timp, astfel de suprafeţe pot reflecta electronii păstrând valorile pentru conductivitatea electrică (σ) şi coeficientul Seebeck (S). Nanostructurile pot fi folosite şi pentru a creşte factorul de putere (S2σ) printr-un mecanism numit filtrarea energiei. Aceasta îmbunătăţire poate fi realizată prin introducerea de nanoparticule de metale şi semimetale în matricea semiconductoare a materialului termoelectric. Bariera de la interfaţă semimetal/semiconductor este capabilă să filtreze purtătorii de sarcină cu energie mai mică, îmbunătăţind coeficientul Seebeck, fără pierderi în mobilitate.



Bi0.5Sb1.5Te3 este materialul cu proprietăţile termoelectrice cele mai bune la temperatura camerei. Metoda propusă pentru îmbunătăţirea performanţelor termoelectrice ale acestui material a fost încorporarea de nanoparticule de Pt sau Pt-Te în matricea lui. În plus această metodă a fost aplicată la creşterea firelor submicronice de Bi0.5Sb1.5Te3 în membrane de policarbonat pentru a le micşora conductivitatea termică în raport cu materialul similar în stare masivă. Prepararea nanocompozitului Pt-(Bi,Sb)2Te3 a fost realizată pe două căi: (a) reducerea electrochimică a Bi3+, HTeO2+ şi Sb3+ şi incorporarea simultană a nanoparticulelor de Pt (Fig.1A) suspendate în baia de depunere; (b) în altă abordare, ionii de [PtCl6]2- sunt reduşi odată cu ionii Bi3+, HTeO2+ şi Sb3+ într-o soluţie acidă. Firele submicronice crescute după procedura (a) şi vizualizate în Fig. 1 B conţin un procent important de platină distribuită ca nanoparticule în matricea semiconductorului. Mecanismul propus pentru electrodepunerea nanocompozitului Pt(Bi,Sb)2Te3 implică absorbţia telurului pe nanoparticulele de platină dispersate în baia de depunere sau reducerea ionilor de [PtCl6]2- şi HTeO2+ la Pt şi Te, formarea posibilă a Pt3Te4 şi incorporarea acestor nanoparticule în matricea Bi0.5Sb1.5Te3.



La temperatura camerei, coeficientul Seebeck al reţelelor de fire de Bi0.5Sb1.5Te3 şi cel al firelor de Pt (Bi,Sb)2Te3 aflate în membrană de policarbonat au fost respectiv 90µV/K şi 110µV/K, relevând o creştere a coeficientului Seebeck în cazul firelor semiconductoare în care sunt înglobate nanoparticule de platină. Pe de altă parte, conductivitatea termică a reţelei de fire submicronice de Bi0.5Sb1.5Te3, apreciată în baza măsurătorilor de difuzivitate termică, nu s-a schimbat semnificativ (Fig.2) prin înglobarea de nanoparticule de platină. Aceeaşi comportare a avut şi rezistivitatea electrică a acestor fire. Prin încorporarea nanoparticulelor de Pt şi Pt-Te în filmele de Bi0.5Sb1.5Te3 s-a obţinut o creştere de până la 50% a factorului de putere a acestui material utilizabil în realizarea microdispozitivelor termoelectrice.



Parerea ta conteaza:

(0/5, 0 voturi)

Lasa un comentariu



trimite