(PhysOrg.com) -- Onderzoekers van Boston College, MIT, Clemson en Virginia hebben nanotechnologie gebruikt om een ​​verhoging van 60-90 procent te bereiken in de thermo-elektrische verdienste van p-type half-Heusler, een gemeenschappelijke bulk halfgeleiderverbinding, rapporteerde het team in het tijdschrift American Chemical Society Nano-letters .

De dramatische toename van het cijfer van verdienste, gebruikt om de relatieve thermo-elektrische prestaties van een materiaal te meten, kan de weg vrijmaken voor een nieuwe generatie producten – van auto-uitlaatsystemen en energiecentrales tot zonne-energietechnologie – die schoner, volgens co-auteur Yan Xiao, een onderzoeker bij de afdeling Natuurkunde aan het Boston College.

Het team registreerde verbetering in half-Heusler, die is onderzocht vanwege zijn thermische stabiliteit, mechanische stevigheid, niet-toxiciteit en lage kosten. Echter, de toepassing van half-Heusler is beperkt gebleven vanwege zijn slechte thermo-elektrische prestaties:het registreerde eerder een piekwaarde van ongeveer 0,5 bij 700 graden Celsius voor bulkblokken.

Ciao, werken met BC Professor of Physics Zhifeng Ren en MIT's Soderberg Professor of Power Engineering Gang Chen, zei dat het team een ​​verhoging van de waarde van p-type half-Heusler tot 0,8 bij 700 graden Celsius produceerde. Bovendien, De materiaalvoorbereidingsmethoden van de groepen bleken tijd en kosten te besparen in vergelijking met conventionele methoden.

"Deze methode is goedkoop en kan worden opgeschaald voor massaproductie, " zei Ren. "Dit vertegenwoordigt een opwindende kans om de prestaties van thermo-elektrische materialen op een kosteneffectieve manier te verbeteren."

De onderzoekers verkregen hun resultaten door eerst gelegeerde blokken te vormen met behulp van de boogsmelttechniek en vervolgens poeders op nanoschaal te maken door de blokken in een kogelmolen te malen en uiteindelijk een dichte massa te verkrijgen door heet te persen. Metingen van transporteigenschappen samen met microstructuurstudies op de nanogestructureerde monsters, in vergelijking met die van bulkblokken, toonde aan dat de thermo-elektrische prestatie grotendeels verbetert vanwege de lage thermische geleidbaarheid geproduceerd door verbeterde fononverstrooiing aan korrelgrenzen en defecten in het materiaal. Het materiaal bleek ook een hoge Seebeck-coëfficiënt te hebben, een maat voor thermo-elektrisch vermogen.

Onderzoekers in de BC- en MIT-labs proberen nog steeds graangroei te voorkomen tijdens het persen, wat de nog steeds grote thermische geleidbaarheid van half-Heusler verklaart.

"Een nog lagere thermische geleidbaarheid en verbeterde thermo-elektrische prestaties kunnen worden verwacht wanneer de gemiddelde korrelgrootte kleiner wordt gemaakt dan 100 nm, " zei Rens, die in het team werd vergezeld door collega-onderzoekers van het Boston College, Giri Joshi, Weishu Liu, Yucheng Lan en Hui Wang, Sangyeop Lee van het MIT, Virginia's Rogers hoogleraar natuurkunde Joe Poons en J.W. Simonson en Clemson Professor in de natuurkunde Terry M. Tritt.