Termoelektrik malzemeler ısının doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülmesini sağlıyor. En son yenilik, yeni nesil termoelektrik malzemeler için yeni özellikler sunuyor. Araştırmacılar, iyi termoelektrik malzemelerin bir yandan elektriği iyi ileten, ancak diğer yandan ısıyı mümkün olduğunca kötü ileten malzemeler olduğunu vurguladılar. İyi elektrik iletkenleri genellikle aynı zamanda iyi ısı iletkenleri olduğundan, belirgin bir çelişki oluyor.
Yeni nesil termoelektrik malzemeler
TU Wien‘de alan ilk yazar Fabian Garmroudi: “Katı maddede ısı hem hareketli yük taşıyıcıları hem de kristal kafesteki atomların titreşimleri tarafından aktarılır. Yeni nesil termoelektrik malzemelerde, enerji dönüşümüne katkıda bulunmadıkları için esas olarak kafes titreşimleri yoluyla ısı taşınımını bastırmaya çalışırız” diyor. Bu, onları mikrosensörlerin ve diğer küçük elektronik bileşenlerin otonom enerji tedariki için ortaya çıkanlar için özellikle çekici hale getiriyor. Malzemeleri daha verimli hale getirmek için, aynı zamanda kafes titreşimleri yoluyla ısı taşınımı bastırılmalı ve elektronların hareketliliği artırılmalı.
Nature Communications dergisinde yayınlanan yeni nesil termoelektrik malzemeler çalışması, tane sınırlarında kimyasal ve yapısal olarak farklı arketipal topolojik yalıtkan Bi1−xSbx’in dahil edilmesiyle yük ve ısı taşınımının ayrıştırılabileceğini ve “κL’de bir azalma ve aynı anda beklenmedik bir μW artışıyla sonuçlanabileceğini” göstermektedir.
Garmroudi, TU Wien’deki çalışmalarının bir parçası olarak tamamladığı Tsukuba’daki (Japonya) araştırma ziyaretini “Lions Ödülü’nün desteğiyle, Japonya’daki Ulusal Malzeme Bilimi Enstitüsü’nde olağanüstü yeni nesil termoelektrik özellikler gösteren yeni hibrit malzemeler geliştirebildim” diye hatırlıyor.
Özellikle, demir, vanadyum, tantal ve alüminyum alaşımının bir tozu (Fe2V0.95Ta0.1Al0.95), bizmut ve antimon tozuyla (Bi0.9Sb0.1) karıştırıldı ve yüksek basınç ve sıcaklık altında kompakt bir malzemeye preslendi. Ancak farklı kimyasal ve mekanik özellikleri nedeniyle, iki bileşen atomik düzeyde karışmaz. Bunun yerine, BiSb malzemesi, bir basın bültenine göre, FeVTaAl alaşımının kristalleri arasındaki mikron boyutundaki arayüzlere tercihen biriktirilir.
