Термоэлектрические свойства наноструктур олова селенида

Селекенид олова кристаллического олова (SnSe) является идеальным термоэлектрическим материалом и полупроводником; он может мгновенно менять отработанное тепло на электрическую энергию или использоваться для охлаждения. Когда группа исследователей из Университета Case Western Reserve в Кливленде, штат Огайо, увидела графеноподобную слоистую кристаллическую структуру SnSe, у них был один из этих мистических «ага!». мигает.

Электрические заряды в тонкопленочном потоке наноструктурированного олова селенида (SnSe) от горячего конца до холодного конец материала и создать напряжение. (Изображение кредита: Сюань Гао)

Команда заявила в Журнале прикладной физики из AIP Publishing, что они сразу поняли, что этот материал может быть изготовлен в виде наноструктур. « Наша лаборатория работает над двумерными полупроводниками со слоистыми структурами, подобными графену», – сказал Сюань Гао, адъюнкт-профессор Case Western.

Наноматериалы с размерами нанометрового размера, такие как размер и толщина зерна, обладают многообещающими термоэлектрическими свойствами. Это побудило команду вырастить тонкие пленки нанометрового размера и нанофлеки SnSe для дальнейшего изучения ее термоэлектрических свойств.

Работа команды концентрируется на термоэлектрическом эффекте. Они исследуют, как дисперсия температуры в материале может заставить носители заряда – электроны или дырки – перераспределять и производить напряжение на материале, меняя тепловую энергию на электричество.

Применение напряжения на термоэлектрическом материале также может привести к градиенту температуры, что означает, что вы можете использовать термоэлектрические материалы для охлаждения. Как правило, материалы с высокой плотностью достоинства обладают высокой электропроводностью, высоким коэффициентом генерирования по Сиебеку на Кельвине разницы температур в материале и низкой теплопроводностью.

Сюань Гао

Термоэлектрическая фигура достоинства ZT указывает, насколько эффективно материал изменяет тепловую энергию на электрическую. Работа команды сосредоточена на коэффициенте мощности, который пропорционален ZT и указывает способность материала изменять энергию, поэтому они измеряли коэффициент мощности материалов, которые они создали.

Для выращивания наноструктур SnSe они использовали процесс химического осаждения из паровой фазы (CVD). Они термически испаряли источник порошка селенида олова в эвакуированной кварцевой трубке. Осадки олова и селена реагируют на пластинку для выращивания слюды или кремния, расположенную в низкотемпературной зоне кварцевой трубки. Это заставляет нанослои SnSe развиваться на поверхности пластины. Включение легирующего элемента, такого как серебро в тонкие пленки SnSe при синтезе материалов, может дополнительно повысить его термоэлектрические свойства.

Вначале « тонкие пленки наноструктуры SnSe, которые мы изготовили, имели коэффициент мощности всего ~ 5% от монокристаллического SnSe при комнатной температуре», – сказал Шухао Лю, автор статьи , Но, попробовав ряд легирующих добавок для улучшения коэффициента мощности материала, они установили, что серебро оказалось наиболее эффективным, что привело к повышению коэффициента мощности на 300% по сравнению с нелегированными образцами »

Лю сказал. « Наноструктурированная тонкая пленка SnSe, легированная серебром, обещает высокую ценность.»

В будущем исследователь надеется, что наноструктуры SnSe и тонкие пленки могут быть полезны для миниатюрных, недорогих и экологически чистых термоэлектрических и охлаждающих приборов.

Source link