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Jul 31, 2023

과학자들은 텔루르화 비스무트 합금의 열전 특성을 최적화하는 새로운 방법을 찾았습니다.

2022년 10월 18일 중국과학원 허페이 물리과학원 진샤오잉 교수 연구팀이 열전소자를 발견했다.

2022년 10월 18일

중국과학원 제공

최근 중국과학원 허페이 물리과학연구소 Qin Xiaoying 교수 연구팀은 N형 Bi2Te2.7Se0.3(BTS)의 열전 특성이 소량의 Ag9AlSe6 나노입자를 도입함으로써 향상될 수 있음을 발견했습니다. BTS 매트릭스.

0.35vol.% Ag9AlSe6을 함유한 복합재 샘플의 열전도도는 크게 감소하여 300~473K 온도 범위에서 최대 ZT는 1.2(423K), 평균 ZT는 1.1이었습니다.

구체적인 내용은 Inorganic Chemistry Frontiers에 게재되었습니다.

열전소자는 P형 열전재료와 N형 열전재료로 구성된다. 현재 P형 상온열전재료 ZT의 개량은 큰 진전을 이루었다. 그러나 상온 부근의 고성능(대형 ZT) N형 열전재료 개발이 더욱 어려워 열전소자의 변환 효율을 저해하고 널리 활용되지 못하고 있다.

Bi2Te3는 현재 전기를 생성하고 실온에서 냉각할 수 있는 잘 알려진 합금 중 하나로 인식되고 있습니다. 그러나 N형 Bi2Te3의 낮은 열전값 ZT와 에너지 변환 효율로 인해 상업적 적용이 제한됩니다. 따라서 N형 Bi2Te3의 열전 특성을 향상시키는 것은 산업적 응용을 촉진하는데 큰 의미가 있습니다.

최적의 2단계를 찾는 것은 우수한 성능(기능 및 구조 포함)을 갖춘 복합 시스템 재료를 설계하고 제조하는 첫 번째이자 핵심 작업입니다. 많은 연구에서 더 나은 열전 성능을 얻기 위해 BTS의 다양한 분산 단계를 탐구했습니다.

본 연구에서 과학자들은 N형 나노입자 Ag9AlSe6를 BTS에 도입하여 BTS-xvol% Ag9AlSe6(x= 0, 0.15, 0.25, 0.35, 0.50 및 0.70) 샘플의 열전 특성을 조사했습니다. 결과는 Ag9AlSe6 나노입자가 BTS에 첨가되었을 때 포논 산란 및 위상 경계가 향상되고 제벡 계수가 향상되며 열전도도가 감소하는 것을 보여주었습니다.

복합시료 BTS-0.35vol% Ag9AlSe6의 열전성능은 원래 BTS에 비해 약 40% 향상되었으며, ZTmax 값은 1.2(423K)에 이른다. BTS-0.50vol% Ag9AlSe6의 평균 ZTave는 1.1(300K-473K)이었습니다.

이 연구는 Ag9AlSe6 나노입자의 첨가가 BTS의 열전 특성을 향상시키는 효과적인 방법임을 보여 주었으며, 이는 N형 텔루르화 비스무트 합금의 열전 특성을 조절하는 데 매우 중요합니다.

추가 정보: Tao Chen 외, Ag9AlSe6 함유물의 통합을 통해 n형 Bi2Te2.7Se0.3의 열전 성능 향상, Inorganic Chemistry Frontiers(2022). DOI: 10.1039/D2QI01232D

중국과학원 제공