Enkristalltenn selenid (SnSe) är en halvledare och ett idealiskt termoelektriskt material; det kan direkt omvandla spillvärme till elektrisk energi eller användas för kylning. När en grupp forskare från Case Western Reserve University i Cleveland, Ohio, såg den grafenliknande skiktade kristallstrukturen hos SnSe, de hade en av de där magiska "aha!" stunder.

Gruppen rapporterar i Journal of Applied Physics , att de genast insåg detta materials potential att tillverkas i nanostrukturformer. "Vårt labb har arbetat med tvådimensionella halvledare med skiktade strukturer som liknar grafen, "sa Xuan Gao, docent vid Case Western.

Nanomaterial med dimensioner i nanometer-som tjocklek och kornstorlek-har gynnsamma termoelektriska egenskaper. Detta inspirerade forskarna att odla nanometertjocka nanoflakes och tunna filmer av SnSe för att ytterligare studera dess termoelektriska egenskaper.

Gruppens arbete fokuserar på den termoelektriska effekten. De studerar hur temperaturskillnaden i ett material kan få laddningsbärare - elektroner eller hål - att omfördela och generera en spänning över materialet, omvandla värmeenergi till el.

"Att applicera en spänning på ett termoelektriskt material kan också leda till en temperaturgradient, vilket innebär att du kan använda termoelektriska material för kylning, "sa Gao." Generellt sett material med hög förtjänst har hög elektrisk konduktivitet, en hög Seebeck -koefficient - genererad spänning per Kelvin av temperaturskillnad inom ett material - och låg värmeledningsförmåga, " han sa.

En termoelektrisk meritfigur, ZT, anger hur effektivt ett material omvandlar termisk energi till elektrisk energi. Gruppens arbete fokuserar på effektfaktorn, som är proportionell mot ZT och indikerar materialets förmåga att omvandla energi, så de mätte effektfaktorn för de material de tillverkade.

För att odla SnSe -nanostrukturer, de använde en process för kemisk ångavsättning (CVD). De avdunstade termiskt en tenn -selenidpulverkälla inuti ett evakuerat kvartsrör. Tenn- och selenatomer reagerar på en kisel- eller glimmerväxtplatta placerad vid lågtemperaturzonen i kvartsröret. Detta gör att SnSe -nanoflakes bildas på ytan av skivan. Att lägga till ett dopande element som silver till SnSe -tunna filmer under materialsyntes kan ytterligare optimera dess termoelektriska egenskaper.

I början, "Nanostrukturen SnSe tunna filmer vi tillverkade hade en effektfaktor på endast ~ 5 procent av den för enkristall SnSe vid rumstemperatur, "sade Shuhao Liu, en författare på tidningen. Men, efter att ha försökt en mängd olika dopmedel för att förbättra materialets effektfaktor, de bestämde att "silver var det mest effektiva - vilket resulterade i en förbättring av effektfaktorn med 300 procent jämfört med odopade prover, "Sade Liu." Den silverdopade SnSe-nanostrukturerade tunna filmen har ett löfte om en hög förtjänst. "

I framtiden, forskaren hoppas att SnSe nanostrukturer och tunna filmer kan vara användbara för miniatyriserade, miljövänlig, billiga termoelektriska och kylanordningar.