Onderzoekers optimaliseren thermo-elektrische eigenschappen van materiaalsystemen van loodtelluride

Afbeelding met hoge resolutie van het samengestelde monster en elektronendiffractie van het geselecteerde gebied. Credit: nanoschaal (2022). DOI: 10.1039/D2NR04419F

In een recente studie bereikte een onderzoeksteam van de Hefei Institutes of Physical Science van de Chinese Academie van Wetenschappen hogere thermo-elektrische prestaties van n-type loodtelluride (PbTe) door de bandstructuur aan te passen en de fononverstrooiing te verbeteren. Resultaten zijn gepubliceerd in nanoschaal.

“We hebben de arbeidsfactor van het materiaal verhoogd en de thermische geleidbaarheid verlaagd”, zegt prof. Qin Xiaoying, die het team leidde.

PbTe is een van de meest veelbelovende thermo-elektrische materialen bij middelhoge temperaturen. PbTe-materialen van het n-type hebben echter een lagere thermo-elektrische verdienste in vergelijking met PbTe-materialen van het p-type. Dit komt voornamelijk door de grote energieverschuiving tussen de lichte en zware banden in de PbTe-geleidingsband, waardoor het moeilijk is om de vereenvoudiging van de energieband in n-type PbTe te bereiken, wat resulteert in een lagere arbeidsfactor. Daarom zijn meer diepgaande en systematische studies nodig om de thermo-elektrische prestaties van n-type PbTe effectief en significant te verbeteren.

Nu hebben de onderzoekers de Pb . geconstrueerd_0.97sb_0,03Te + y gew. % Cu₁₂sb₄S₁₃(y=0,1.25,1.5,1.75) samengesteld systeem. Dit werd bereikt door de PbTe-matrix te doteren met antimoon (Sb) elementen en een kleine hoeveelheid Cu . in te brengen₁₂sb₄S₁₃ nanodeeltjes. Thy gebruikte ook de in-situ reactie om een ​​semi-coherente nanofase te construeren.

Deze studie richt zich op het optimaliseren van de dragerconcentratie in n-type PbTe met behulp van doping van het gastheerelement, terwijl energiebandengineering / energiefiltereffecten worden gecombineerd om de elektrische eigenschappen te verbeteren.

Op basis hiervan werden in situ reacties gebruikt om semi-coherente nanofasen te construeren en multischaaldefecten te introduceren om fononen te verstrooien. Hierdoor konden ze de arbeidsfactor verbeteren, de thermische geleidbaarheid verminderen en zo de thermo-elektrische verdienste (ZT) verhogen.

Ze ontdekten dat het samengestelde monster Pb_0.97sb_0,03Te + 1,5 gew. % Cu₁₂sb₄S₁₃ had uitstekende thermo-elektrische eigenschappen met een ZT van 1,58 (773 K), een verbetering van ongeveer 75% vergeleken met Pb_0,97sb_0,03Te.

Dit werk bewees de opname van Cu₁₂sb₄S₁₃ nanodeeltjes was een effectieve manier om de thermo-elektrische eigenschappen van Pb . te verbeteren_0,97sb_0,03Te, wat van groot belang was voor de studie van de regulering van de thermo-elektrische eigenschappen van n-type PbTe.