Een team van onderzoekers verbonden aan meerdere instellingen in India en één in China heeft een manier gevonden om de prestaties van een bepaald thermo-elektrisch materiaal te verbeteren door selectieve atomen gedeeltelijk te vervangen door bepaalde kationen. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap , de groep beschrijft hun proces en hoe goed hun materiaal werkte toen het werd getest. Yu Liu en Maria Ibáñez van het Institute of Science and Technology Austria hebben een Perspectives-stuk gepubliceerd in hetzelfde tijdschriftnummer waarin eerdere werkzaamheden worden beschreven die zijn betrokken bij pogingen om de prestaties van thermo-elektrische materialen te verbeteren en het werk van het team in deze nieuwe inspanning te beschrijven.

Thermo-elektrische materialen worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, meestal met koeling en verwarming in koel- en stroomopwekkingssystemen - het grootste deel van het huidige werk bestaat uit het zoeken naar materialen die kunnen worden gebruikt om elektriciteit op te wekken uit afvalwarmte tijdens productieprocessen. Zij zijn, zoals hun naam al aangeeft, materialen die eigenschappen hebben die het mogelijk maken om onder invloed van warmte elektriciteit te produceren. Onderzoekers hebben drie belangrijke kenmerken geïdentificeerd bij het zoeken naar een goed kandidaatmateriaal:goede elektrische geleidbaarheid, lage thermische geleidbaarheid en een hoge Seebeck-coëfficiënt.

De uitdaging voor chemici die op zoek zijn naar, een ander materiaal maken of veranderen om de thermo-elektrische prestaties te verbeteren, is dat deze drie hoofdkenmerken met elkaar in strijd kunnen zijn - het verbeteren van het ene kan een negatief effect hebben op het andere. In deze nieuwe poging hebben de onderzoekers een manier gevonden om dergelijke zorgen te omzeilen voor één specifiek materiaal:zilverantimoontelluride (AgSbTe ₂ ). Hun aanpak omvatte het gedeeltelijk vervangen van de antimoonatomen door het kation cadmium. Dit leidde tot de vorming van een paar verschillende geordende fasen in de nanoschaaldomeinen, wat leidde tot verbeteringen in elektrische eigenschappen en afname van thermische geleidbaarheid. Het nettoresultaat was een verbetering van de prestaties zonder andere problemen te veroorzaken die zouden kunnen voorkomen dat het materiaal in een commerciële toepassing wordt gebruikt.

Testen van het gedoteerde materiaal toonde aan dat het een apparaatefficiëntie van 1,5 kan leveren bij kamertemperatuur, 2,6 bij 573K - en een algemeen gemiddelde van 1,8, die Liu en Ibáñez opmerken, behoren tot de hoogste efficiëntieverbeteringen voor dergelijke materialen tot nu toe.

© 2021 Science X Network