(PhysOrg.com) - Forskare från Boston College, MIT, Clemson och Virginia har använt nanoteknik för att uppnå en 60-90 procent ökning av den termoelektriska värdena av p-typ halv-Heusler, en vanlig halvledarförening i bulk, laget rapporterade i American Chemical Society journal Nano bokstäver .
Den dramatiska ökningen av förtjänstsiffran, används för att mäta ett materials relativa termoelektriska prestanda, kan bana väg för en ny generation produkter - från bilavgassystem och kraftverk till solenergiteknik - som fungerar renare, enligt medförfattaren Yan Xiao, en forskare vid Institutionen för fysik vid Boston College.
Teamet registrerade förbättringar i halva Heusler, som har studerats för sin termiska stabilitet, mekanisk hållfasthet, giftfri och låg kostnad. Dock, tillämpningen av halva Heusler har varit begränsad på grund av dess dåliga termoelektriska prestanda:den registrerade tidigare en toppvärde på cirka 0,5 vid 700 grader Celsius för bulkgöt.
Xiao, arbetar med BC professor i fysik Zhifeng Ren och MIT:s Soderberg professor i Power Engineering Gang Chen, sa att laget producerade en ökning av meritvärdet för p-typ halv-Heusler till 0,8 vid 700 grader Celsius. Dessutom, gruppernas materialberedningsmetoder visade sig spara tid och kostnad jämfört med konventionella metoder.
"Denna metod är låg kostnad och kan skalas för massproduktion, "Ren sa." Detta är en spännande möjlighet att förbättra prestanda för termoelektriska material på ett kostnadseffektivt sätt. "
Forskarna fick sina resultat genom att först bilda legerade göt med bågsmältningsteknik och sedan skapa nanoskala pulver genom att kula fräsa götarna och slutligen få tät bulk genom varmpressning. Transportfastighetsmätningar tillsammans med mikrostrukturstudier på de nanostrukturerade proverna, i jämförelse med bulkgöt, visade att den termoelektriska prestandan förbättras till stor del på grund av låg värmeledningsförmåga producerad av förbättrad fononspridning vid korngränser och defekter i materialet. Materialet visade sig också ha en hög Seebeck -koefficient, ett mått på termoelektrisk effekt.
Forskare i BC- och MIT -laboratorierna försöker fortfarande förhindra spannmålstillväxt under press, vilket står för den fortfarande stora värmeledningsförmågan hos halva Heusler.
"Ännu lägre värmeledningsförmåga och förbättrad termoelektrisk prestanda kan förväntas när genomsnittliga kornstorlekar görs mindre än 100 nm, "sa Ren, som fick sällskap i teamet av andra Boston College -forskare Giri Joshi, Weishu Liu, Yucheng Lan och Hui Wang, MIT:s Sangyeop Lee, Virginia's Rogers professor i fysik Joe Poons och J.W. Simonson och Clemson professor i fysik Terry M. Tritt.
