Grazie alla capacità di convertire direttamente e reversibilmente il calore in elettricità, il materiale termoelettrico (TE) ha potenziali applicazioni nel pompaggio di calore a stato solido e nel recupero del calore di scarico, attirando così l'attenzione di tutto il mondo. Bi2 Te3 si distingue per le sue eccellenti proprietà termoelettriche ed è stato utilizzato in dispositivi termoelettrici commerciali.
Tuttavia, lo sviluppo di Bi2 Te3 I dispositivi termoelettrici a base termoelettrica sono seriamente ostacolati dalle deboli proprietà meccaniche e dalle basse proprietà TE del Bi2 di tipo n (Te, Se)3 . Pertanto, è importante sviluppare un Bi2 di tipo n ad alte prestazioni Te3 materiale policristallino.
Per affrontare questo problema, uno studio, pubblicato sulla rivista Science Bulletin , ha introdotto Cu extra nel classico Bi2 di tipo n Te2.7 Vedi0.3 per ottimizzare il suo stato di difetto locale, ed è stato impiegato un processo di deformazione a caldo in due fasi per costruire il Bi2 policristallino ad alta struttura Te2.7 Vedi0.3 materiale.
Questa ricerca rivela che il Cu in più è in grado di entrare negli spazi di van der Waals tra il Te (1) -Te (1) strati in Bi2 Te2.7 Vedi0.3 matrice, sopprimendo la formazione dei posti vacanti anionici. Questa riduzione della densità dei difetti contribuisce alla chiarificazione del reticolo in Cu0,01 Bi2 Te2.7 Vedi0.3 , migliorando la mobilità degli operatori di Bi2 Te2.7 Vedi0.3 da 174 cm 2 V –1 s –1 a 226 cm 2 V –1 s –1 con l'1% di Cu aggiuntivo, ottenendo uno ZT massimo di 1,10 a 348 K.
Successivamente il Cu0.01 sinterizzato con SPS Bi2 Te2.7 Vedi0.3 il materiale sfuso è stato sottoposto a un processo di deformazione a caldo in due fasi. Poiché il Cu interstiziale può stabilizzare il reticolo e sopprimere efficacemente l'effetto simil-donatore. La concentrazione del portatore del campione di deformazione a caldo rimane quasi invariata, mentre l'orientamento e la dimensione dei grani sono aumentati in modo significativo, il che aumenta notevolmente la mobilità del portatore, dai 174 cm 2 iniziali V –1 s –1 a 333 cm 2 V –1 s –1 , che rappresenta un aumento del 91% dopo il processo di deformazione a caldo.
Questo significativo miglioramento delle proprietà elettroniche contribuisce ad un sostanziale miglioramento della ZT per il campione di deformazione a caldo. Lo ZTmax del Cu0,01 strutturato Bi2 Te2.7 Vedi0.3 raggiunge 1,27 a 373 K, e il suo valore medio ZT è 1,22 nell'intervallo 300-425 K, quasi il doppio del Bi2 iniziale Te2.7 Vedi0.3 .
Inoltre, è stato fabbricato un dispositivo di raffreddamento termoelettrico (TEC) da 127 coppie utilizzando il Cu0,01 strutturato. Bi2 Te2.7 Vedi0.3 campione accoppiato con BST commerciale di tipo p. Il modulo TEC ha raggiunto differenziali di temperatura di raffreddamento di 65 K e 83,4 K alle temperature della parte calda (Th ) rispettivamente di 300 K e 350 K, che è superiore al Bi2 commerciale Te3 moduli TEC basati su. Inoltre, utilizzando gli stessi materiali è stato costruito un modulo generatore termoelettrico (TEG) a 7 coppie.
Il modulo TEG ha dimostrato un'efficienza di conversione significativamente elevata del 6,5% a una differenza di temperatura di 225 K, paragonabile ad altri Bi2 all'avanguardia Te3 moduli TEG basati su.
Ulteriori informazioni: Yichen Li et al, Realizzazione di un modulo termoelettrico ad alta efficienza sopprimendo l'effetto di tipo donatore e migliorando l'orientamento preferito nel Bi2(Te, Se)3 di tipo n, Science Bulletin (2024). DOI:10.1016/j.scib.2024.04.034
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