المواد الكهروحرارية

(تم التحويل من Thermoelectric materials)
هذا المقال هو عن materials that are used or could be used to exploit the thermoelectric effect in practical applications. إذا كنت تريد the definition of the thermoelectric effect and its underlying physics، انظر thermoelectric effect.
التأثير الكهروحراري
Thermoelectric Seebeck power module.jpg
المبادئ
التطبيقات

تُظهر المواد الكهروحرارية Thermoelectric materials [1][2] التأثير الكهروحراري بشكل قوي أو ملائم.

يشير التأثير الكهروحراري إلى الظواهر التي يؤدي من خلالها اختلاف درجة الحرارة إلى حدوث كمون كهربائي أو إحداث فرق في درجة الحرارة. وتُعرف هذه الظواهر بشكل أكثر تحديداً باسم تأثير سيبك (إنشاء جهد من اختلاف درجة الحرارة)، وتأثير پلتير (قيادة تدفق الحرارة بتيار كهربائي)، وتأثير طومسون (تسخين عكسي أو التبريد داخل الموصل عندما يكون هناك تيار كهربائي وتدرج درجة حرارة). في حين أن جميع المواد لها تأثير حراري حراري غير صفري، إلا أنها في معظم المواد أصغر من أن تكون مفيدة. ومع ذلك، فإن المواد منخفضة التكلفة التي لها تأثير كهربائي حراري قوي بدرجة كافية (وغيرها من الخصائص المطلوبة) تؤخذ في الاعتبار أيضاً للتطبيقات بما في ذلك توليد الطاقة والتبريد. تعتمد المواد الكهروحرارية الأكثر استخداماً على تيلوريد البزموت (Bi 2Te 3).

تُستخدم المواد الحرارية في الأنظمة الكهروحرارية من أجل التبريد أو التسخين في تطبيقات متخصصة، ويتم دراستها كطريقة إعادة توليد الكهرباء من الحرارة الضائعة.[3]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

معامل الجودة الحرارية

يتم تحديد فائدة المادة في الأنظمة الكهروحرارية من خلال كفاءة الجهاز. يتم تحديد ذلك من خلال الموصلية الكهربائية (σ) للمادة، التوصيل الحراري (κ)، ومعامل سيبك (S)، والذي يتغير مع درجة الحرارة (T). يتم تحديد الكفاءة القصوى لعملية تحويل الطاقة (لكل من توليد الطاقة والتبريد) عند نقطة حرارة معينة في المادة بواسطة رقم جدارة المواد الكهروحرارية ، ويُعطى بـ[1][4][5]

كفاءة الجهاز

تُعطى كفاءة الجهاز الحراري لتوليد الكهرباء بواسطة ، المُعرفة بـ

عادةً ما يتم وصف الكفاءة القصوى لجهاز كهروحراري من حيث معامل جودة الجهاز حيث يتم إعطاء أقصى كفاءة للجهاز تقريباً

حيث هي درجة الحرارة الثابتة عند التقاطع الساخن، هي درجة الحرارة الثابتة على السطح الذي يتم تبريده، و تعني and . تكون معادلة الكفاءة القصوى هذه دقيقة عندما تكون الخواص الكهروحرارية مستقلة عن درجة الحرارة.

بالنسبة لساق كهروحرارية واحدة، يمكن حساب كفاءة الجهاز من الخصائص التي تعتمد على درجة الحرارة S، κ وσ وتدفق الحرارة والتيار الكهربائي عبر المادة.[6][7][8] في الجهاز الكهروحراري الفعلي، يتم استخدام مادتين (عادةً واحدة من النوع n والأخرى من النوع p) مع وصلات معدنية. ثم يتم حساب أقصى قدر من الكفاءة من كفاءة كلا الساقين والفقد الكهربائي والحراري من الوصلات والمناطق المحيطة.

تجاهل هذه الخسائر وتبعيات درجة الحرارة في S، κ وσ، يتم إعطاء تقدير غير دقيق لـ بواسطة[1][4]

حيث هي المقاومة الكهربائية، ويتم حساب متوسط الخصائص على مدى درجة الحرارة؛ يشير الحرفان n وp إلى الخصائص المتعلقة بالمواد الكهروحرارية شبه الموصلة من النوع n وp، على التوالي. فقط عندما يكون للعناصر n وp نفس الخصائص وخواص درجة الحرارة المستقلة () does .

نظراً لأن الأجهزة الكهروحرارية هي محركات حرارية، فإن كفاءتها محدودة بسبب كفاءة كارنو , العامل الأول في ، بينما و يحدد أقصى انعكاس للعملية الديناميكية الحرارية بشكل عام ومحلياً، على التوالي. بغض النظر، فإن معامل الأداء للثلاجات الكهروحرارية التجارية الحالية يتراوح من 0.3 إلى 0.6، أي سدس قيمة ثلاجات ضغط البخار التقليدية.[9]

عامل الاستطاعة

غالباً ما يُحدد عامل الاستطاعة الكهروحراري لمادة كهروحرارية، بواسطة

حيث S معامل سيبك، وσ الموصلية الكهربائية.

على الرغم من أنه يُزعم غالباً أن أجهزة TE التي تحتوي على مواد ذات عامل طاقة أعلى قادرة على "توليد" المزيد من الطاقة (تحريك المزيد من الحرارة أو استخراج المزيد من الطاقة من هذا الاختلاف في درجة الحرارة)، فإن هذا ينطبق فقط على الأجهزة الكهروحرارية ذات الهندسة الثابتة والحرارة غير المحدودة المصدر والتبريد. إذا تم تصميم هندسة الجهاز على النحو الأمثل للتطبيق المحدد، فستعمل المواد الكهروحرارية بأقصى كفاءة لها والتي يتم تحديدها من خلال not .[10]

جوانب اختيار المواد

للحصول على كفاءة جيدة، هناك حاجة إلى مواد ذات موصلية كهربائية عالية وموصلية حرارية منخفضة ومعامل سيبك مرتفع.

كثافة حالة الإلكترون: المعادن مقابل أشباه الموصلات

توفر التركيبة الحزمية الخاصة بأشباه الموصلات تأثيرات كهروحرارية أفضل من التركيبة الحزمية للمعادن.

تكون طاقة فرمي أقل من نطاق التوصيل مما يتسبب في أن تكون كثافة الحالة غير متماثلة حول طاقة فرمي. لذلك، فإن متوسط طاقة الإلكترون لنطاق التوصيل أعلى من طاقة فرمي، مما يجعل النظام مساعداً لحركة الشحن إلى حالة طاقة أقل. على النقيض من ذلك، تكمن طاقة فرمي في نطاق التوصيل في المعادن. هذا يجعل كثافة الحالة متناظرة حول طاقة فرمي بحيث يكون متوسط طاقة التوصيل الإلكتروني قريباً من طاقة فرمي، مما يقلل من القوى الدافعة لنقل الشحنة. لذلك، فإن أشباه الموصلات هي مواد كهروحرارية مثالية.[11]

الموصلية

في معادلات الكفاءة أعلاه، تتنافس الموصلية الحرارية والتوصيل الكهربائي.

للموصلية الحرارية κ في المواد الصلبة البلورية مكونان رئيسيان:

κ = κ electron + κ phonon

وفقاً لقانون ڤيدمان–فرانز، كلما زادت الموصلية الكهربائية، ارتفع مستوى الإلكترون <κ electron.[11]وهكذا في المعادن، تكون نسبة التوصيل الحراري إلى الكهرباء ثابتة، حيث يسود جزء الإلكترون. في أشباه الموصلات، يعتبر جزء الفونون مهماً ولا يمكن إهماله ويقلل من الكفاءة. للحصول على كفاءة جيدة، مطلوب نسبة منخفضة من κ phonon / κ electron

لذلك، من الضروري تقليل κ phonon والحفاظ على الموصلية الكهربائية عالية. وبالتالي يجب أن تكون أشباه الموصلات مُطعَّمة بدرجة عالية. اقترح جي أيه سلاك [12] أنه من أجل تحسين رقم الجدارة، يجب أن تختبر الفونونات المسؤولة عن التوصيل الحراري المادة كزجاج (تعاني من درجة عالية من تشتت فونون - ويقلل من التوصيل الحراري ) بينما يجب أن تجربها الإلكترونات على أنها بلورة (تعاني من القليل جداً من التشتت - الحفاظ على التوصيل الكهربائي): يسمى هذا المفهوم بلورة الإلكترون الزجاجية الفونونية. كما يمكن تحسين عامل الجودة من خلال التعديل المستقل لهذه الخصائص.

عامل الجودة (نظرية مفصلة عن أشباه الموصلات)

يتم تحديد الحد الأقصى لـ للمادة بواسطة عامل جودة المادة

حيث ثابت بولتسمان، هو ثابت پلانك المخفَّف، هو عدد الفجوات المتدهورة للحزمة، هو متوسط معاملات المرونة الطولية، هي الكتلة الفعالة بالقصور الذاتي، هو معامل جهد التشوه، هو التوصيل الحراري للشبكة البلورية، وهي درجة الحرارة. ويعتمد معامل الجودة،، على تركيز المنشطات ودرجة حرارة المادة محل الاهتمام.[13]عامل جودة المواد: مفيد لأنه يسمح بإجراء مقارنة جوهرية للكفاءة المحتملة بين المواد المختلفة.[14] توضح هذه العلاقة أن تحسين المكون الإلكتروني ، والذي يؤثر بشكل أساسي على معامل سيبك، سيزيد من عامل جودة المادة. يمكن إنشاء كثافة كبيرة من الحالات بسبب عدد كبير من النطاقات الموصلة () أو بواسطة نطاقات مسطحة تعطي نطاقاً عالياً من الكتلة الفعالة (). للمواد الخواص . لذلك، من المستحسن أن تكون المواد الكهروحرارية ذات انحلال عالي في الفجوات في بنية حزمية حادة للغاية.[15]الميزات المعقدة الأخرى للهيكل الإلكتروني مهمة. ويمكن قياسها جزئياً باستخدام وظيفة الكفاءة الإلكترونية.[16]

المواد محط الاهتمام

تتضمن إستراتيجيات تحسين الأداء الكهروحراري كلاً من المواد المالئة المتقدمة واستخدام الأنظمة منخفضة الأبعاد. تندرج مثل هذه الأساليب لتقليل التوصيل الحراري الشعري تحت ثلاثة أنواع عامة من المواد: (1) السبائك: إنشاء عيوب نقطية أو شواغر أو هياكل رجاجة (أنواع أيونات ثقيلة ذات السعة الاهتزازية الكبيرة الموجودة داخل مواقع هيكلية مملوءة جزئياً) لتشتت الفونونات داخل بلورات الخلية الواحدة؛[17] (2) البلورات المركبة: يفصل زجاج الفونون عن بلورة الإلكترون باستخدام أساليب مشابهة لتلك الخاصة بالموصل الفائق (يجب أن تكون المنطقة المسؤولة عن نقل الإلكترون بلورة إلكترونية لأشباه الموصلات عالية الحركة، بينما يجب أن يحتوي زجاج الفونون بشكل مثالي على هياكل وعامل إشابة دون تعطيل بلورة الإلكترون، على غرار خزان الشحن في الموصلات الفائقة عاليةTc[18]); (3) المركبات النانوية متعددة الأطوار: الفونونات المبعثرة في واجهات المواد ذات البنية النانوية،[19]سواء كانت مركبات مختلطة أو غشاء رقيق من الشعرية الفائقة.

تشمل المواد قيد الدراسة لتطبيقات الأجهزة الكهروحرارية ما يلي:

كالكوجينيدات البيزموث وبنيتها النانوية

تشتمل المواد مثل Bi 2Te 3 وBi 2Se 3 على بعض من أفضل المواد أداءً الكهروحرارية في درجة حرارة الغرفة مع رقم الجدارة المستقل عن درجة الحرارة، ZT، بين 0.8 و1.0.[20]ينتج عن البناء النانوي لهذه المواد لإنتاج بنية شبكية فائقة الطبقات من طبقات Bi 2Te 3 وSb 2Te 3 المتناوبة جهازاً يوجد بداخله موصلية كهربائية جيدة ولكن عمودي حيث تكون الموصلية الحرارية ضعيفة. والنتيجة هي ZT محسن (حوالي 2.4 في درجة حرارة الغرفة للنوع p).[21] لاحظ أن هذه القيمة العالية لـ ZT لم يتم تأكيدها بشكل مستقل بسبب المتطلبات المعقدة لنمو مثل هذه الشبكات الفائقة وتصنيع الجهاز؛ ومع ذلك، فإن قيم ZT للمواد تتوافق مع أداء مبردات النقاط الساخنة المصنوعة من هذه المواد والتي تم التحقق من صحتها في مختبرات إنتل.

البزموت تيلورايد ومحاليله الصلبة هي مواد كهروحرارية جيدة في درجة حرارة الغرفة، وبالتالي فهي مناسبة لتطبيقات التبريد حوالي 300 كلڤن. يتم الحصول على هذه المركبات عادة بالتصلب الاتجاهي من عمليات التعدين الذائب أو المسحوق. المواد المنتجة بهذه الطرق لها كفاءة أقل من تلك البلورية المفردة بسبب التوجيه العشوائي للحبيبات البلورية، لكن خواصها الميكانيكية متفوقة والحساسية للعيوب الهيكلية والشوائب أقل بسبب التركيز العالي المثالي للناقل.

يُحصل على تركيز المادة الحاملة المطلوب عن طريق اختيار تركيبة غير متجانسة، والتي يتم تحقيقها عن طريق إدخال البزموت أو ذرات التيلوريوم الزائدة في الذوبان الأولي أو عن طريق الشوائب المخدرة. بعض المنشطات المحتملة هي الهالوجين وذرات المجموعة الرابعة والخامسة. نظراً لفجوة النطاق الصغيرة (0.16 فولت) فإن Bi2Te3 يتدهور جزئياً ويجب أن يكون مستوى فيرمي المقابل قريبًا من نطاق التوصيل الأدنى في درجة حرارة الغرفة. حجم فجوة النطاق يعني أن Bi2Te3 يحتوي على تركيز عالٍ للحامل الأساسي. لذلك، لا يمكن إهمال توصيل ناقل الأقلية بالنسبة للانحرافات المتكافئة الصغيرة. استخدام مركبات التيلورايد محدود بسبب سمية وندرة التلوريوم.[22]


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

تليوريدات الرصاص

أوضح هيرمانز وآخرون (2008) أن سبيكة تيلورايد الرصاص-المطعمة بالثاليوم -(PbTe) تحقق ZT بمقدار 1.5 عند 773 كلڤن.[23]في وقت لاحق، أبلغ سنايدر وآخرون (2011) عن ZT ~ 1.4 عند 750 كلڤن في PbTe مطعم بالصوديوم،[24] وZT ~ 1.8 عند 850 كلفن في سبيكة PbTe مخدرة بالصوديومPbTe1−xSex.[25] حدد فريق سنايدر أن كلا من الثاليوم والصوديوم يغيران التركيب الإلكتروني للبلورة مما يزيد من التوصيل الإلكتروني. يزعمون أيضاً أن السلنيوم يزيد من التوصيل الكهربائي ويقلل من التوصيل الحراري.

في عام 2012، استخدم فريق آخر تيلورايد الرصاص لتحويل الحرارة المهدرة إلى كهرباء، ووصل إلى ZT من 2.2، والتي زعموا أنها كانت أعلى نسبة تم الإبلاغ عنها حتى الآن.[26][27]

الكلاثرات الغير عضوية

الكلاثرات غير العضوية لها الصيغة العامة AxByC46-y (type I) وAxByC136-y (type II)، حيث B وC هما المجموعتان III وIV، على التوالي، اللذان يشكلان الإطار حيث يتم تغليف ذرات "الضيف" A ( قلوي أو فلز قلوي ترابي) في نوعين مختلفين متعددات الوجوه في مواجهة بعضهما البعض. تأتي الاختلافات بين النوعين الأول والثاني من عدد وحجم الفراغات الموجودة في الخلايا الواحدة. وتعتمد خصائص النقل على خصائص إطار العمل، ولكن الضبط ممكن عن طريق تغيير ذرات "الضيف".[28][29]

الطريقة الأكثر مباشرة لتوليف وتحسين الخصائص الحرارية الكهروحرارية لنوع أشباه الموصلات من النوع الأول هو تعاطي المنشطات، حيث يتم استبدال بعض الذرات الهيكلية بذرات شائبة. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام تقنيات نمو المساحيق المعدنية والبلورية في تخليق الكلاثرات. تمكن الخصائص التركيبية والكيميائية للكلثرات من تحسين خصائص النقل الخاصة بهم كدالة لقياس اتحادية العناصر. يسمح هيكل المواد من النوع الثاني بملء جزئي لمجسمات متعددة الوجوه، مما يتيح ضبطًا أفضل للخصائص الكهربائية وبالتالي تحكماً أفضل في مستوى المنشطات. كما يمكن تصنيع المتغيرات المملوءة جزئياً على أنها شبه موصلة أو حتى عازلة.

توقع بليك وآخرون. ZT ~ 0.5 في درجة حرارة الغرفة وZT ~ 1.7 عند 800 K للتركيبات المحسّنة. قام كوزنيتسوف وآخرون بقياس المقاومة الكهربائية ومعامل سيبك لثلاثة أنواع مختلفة من كلاثرات فوق درجة حرارة الغرفة وبتقدير الموصلية الحرارية لدرجات الحرارة العالية من بيانات درجات الحرارة المنخفضة المنشورة التي حصلوا عليها ZT~0.7 at 700 K لـBa8Ga16Ge30 وZT~0.87 عند 870 K لـBa8Ga16Si30.[30]

مركبات المغنسيوم ومجموعة 14 عنصر

مركبات Mg2BIV (B14=Si, Ge, Sn) ومحاليلها الصلبة عبارة عن مواد كهروحرارية جيدة وقيم ZT الخاصة بها قابلة للمقارنة مع تلك الموجودة في المواد المحددة. تعتمد طرق الإنتاج المناسبة على الصهر المشترك المباشر، ولكن تم أيضاً استخدام السبائك الميكانيكية. أثناء التركيب، يجب مراعاة فقد المغنسيوم بسبب التبخر وفصل المكونات (خاصة بالنسبة Mg2Sn). يمكن أن تنتج طرق التبلور الموجهة بلورات مفردة من Mg2Si، لكن لها في جوهرها الموصلية من النوع n، والتطعيم، على سبيل المثال مع Sn أو Ga أو Ag أو Li، مطلوب لإنتاج مادة من النوع p وهي مطلوبة لجهاز كهربائي حراري فعال.[31] يجب أن يتم تلدين المحاليل الصلبة والمركبات المخدرة من أجل إنتاج عينات متجانسة - بنفس الخصائص في كل مكان. عند 800 K, Mg2Si0.55−xSn0.4Ge0.05Bix أُقر عن عامل جودة حوالي 1.4، وهو أعلى رقم تم الإبلاغ عنه على الإطلاق لهذه المركبات.[32]

كهروحرارية السكوتروديت

للسكوتروديت تركيبة كيميائية لـ LM4X12، حيث L هو معدن أرضي نادر (مكون اختياري)، M هو فلز انتقالي، X عبارة عن شبه فلز، عنصر من المجموعة الخامسة أو مجموعة النتروجين مثل الفوسفور، الأنتيمون، أو الزرنيخ. تعرض هذه المواد ZT> 1.0 ويمكن استخدامها في الأجهزة الكهروحرارية متعددة المراحل.[33]

تحتوي هذه المواد، غير المملوءة، على فراغات يمكن ملؤها بأيونات منخفضة التنسيق (عادةً العناصر الأرضية النادرة) لتقليل التوصيل الحراري عن طريق إنتاج مصادر لـ تشتت الفونون الشبكي، بدون تقليل التوصيل الكهربائي.[34]من الممكن أيضاً تقليل الموصلية الحرارية في السكوتروديت دون ملء هذه الفراغات باستخدام بنية خاصة تحتوي على مسام نانوية ومتناهية الصغر.[35]

تقوم وكالة ناسا بتطوير مولد كهربائي حراري للنظائر المشعة متعدد المهام حيث تتكون المزدوجات الحرارية من سكوتروديت، والتي يمكن أن تعمل مع اختلاف درجات حرارة أصغر من تصميمات التلوريوم الحالية. قد يعني هذا أن RTG مشابهاً من شأنه أن يولد طاقة أكبر بنسبة 25٪ في بداية المهمة وما لا يقل عن 50٪ أكثر بعد سبعة عشر عاماً. تأمل ناسا في استخدام التصميم في مهمة الحدود الجديدة التالية.[36]

كهروحرارية الأكسيد

مركبات الأكسيد متماثلة (مثل تلك التي لها شكل (SrTiO 3)n(SrO) m- لطور رودلسن-پوپر) هياكل ذات طبقات شبكية فائقة تجعلها مرشحة واعدة للاستخدام في الأجهزة الكهروحرارية ذات درجات الحرارة العالية.[37] تُظهر هذه المواد موصلية حرارية منخفضة بشكل عمودي على الطبقات مع الحفاظ على الموصلية الإلكترونية الجيدة داخل الطبقات. يمكن أن تصل قيم ZT الخاصة بهم إلى 2.4 لأغشية SrTiO 3 فوق المحور، كما أن الثبات الحراري المعزز لهذه الأكاسيد، مقارنةً بمركبات البيزموث عالية ZT التقليدية، ما يجعلها ذات درجة حرارة عالية كهروحرارية فائقة.[38]

أُعيد إيقاظ الاهتمام بالأكاسيد كمواد كهروحرارية في عام 1997 عندما تم الإبلاغ عن طاقة حرارية عالية نسبياً لـ NaCo2O4.[39][38]بالإضافة إلى ثباتها الحراري، تتمثل المزايا الأخرى للأكاسيد في انخفاض سميتها ومقاومتها العالية للأكسدة. وقد يتطلب التحكم في كل من النظامين الكهربائي والفونون في نفس الوقت مواد ذات بنية نانوية. عرضت الطبقات Ca3Co4O9 قيم ZT من 1.4 إلى 2.7 عند 900 كلڤن.[38]إذا كانت الطبقات في مادة معينة لها نفس القياس المتكافئ، فسيتم تكديسها بحيث لا يتم وضع نفس الذرات فوق بعضها البعض، مما يعيق توصيل الفونون بشكل عمودي على الطبقات.[37]في الآونة الأخيرة، اكتسبت الكهرباء الحرارية للأكسيد الكثير من الاهتمام بحيث زاد نطاق المراحل الواعدة بشكل كبير. أعضاء عناصر هذه العائلة تشمل ZnO،[38] MnO2,[40] وNbO2.[41][42]

الكهروحرارية لكبريتيد النحاس المستبدلة بالكاتيون

ضُمّنت جميع المتغيرات المذكورة في معادلة الأبعاد معامل الجودة، zT، والتي يمكن رؤيتها في الجزء العلوي من هذه الصفحة. الهدف من أي تجربة كهروحرارية هو جعل عامل القدرة، S2 σ، أكبر مع الحفاظ على [[التوصيل الحراري |الموصلية الحرارية]] الصغيرة. هذا لأن الكهرباء يتم إنتاجها من خلال تدرج درجة الحرارة، لذا فإن المواد التي يمكنها موازنة الحرارة بسرعة كبيرة ليست مفيدة. [43]تم العثور على المركبين المفصلين أدناه لإظهار خصائص كهروحرارية عالية الأداء، والتي يمكن إثباتها من خلال رقم الجدارة المبلغ عنه في أي من المخطوطات المعنية.

كبروكالينيت (CuCr2S4) هو نظير النحاس للمعدن جوگولدشتايناين. عُثر عليه مؤخراً داخل الصخور المتحولة في سليوديانكا، وهي جزء من منطقة جنوب بايكال في روسيا، وقد حدد الباحثون أن كبروكالينيت - المشاب (Cu1-xSbxCr2S4) عنصراً واعداً في التكنولوجيا المتجددة. [44]التطعيم هي عملية إضافة شوائب عمداً، عادةً لتعديل الخصائص الكهروكيميائية لمادة البذرة. يعزز إدخال الأنتيمون عامل القدرة عن طريق إدخال إلكترونات إضافية، مما يزيد من معامل سيبك، S ويقلل العزم المغناطيسي (مدى احتمالية أن تكون الجسيمات محاذاة مع مجال مغناطيسي)؛ كما أنه يشوه البنية البلورية، مما يقلل من التوصيل الحراري، κ تمكن خان وآخرون (2017) من اكتشاف المقدار الأمثل لمحتوى Sb (x = 0.3) في كبروكالينيت من أجل تطوير جهاز بقيمة ZT تبلغ 0.43. [45]

بورنيت (Cu5FeS4) هو معدن كبريتيد سمي على اسم عالم المعادن النمساوي، على الرغم من أنه أكثر شيوعاً من كوبروكالينيت المذكور أعلاه. وُجد أن هذا المعدن الخام يُظهر أداءً حرارياً محسناً بعد تبادل الكاتيون بالحديد. [46] تبادل الكاتيونات هو عملية إحاطة البلورة الأصل بمركب إلكتروليت، بحيث يمكن تبديل الكاتيونات (أيونات موجبة الشحنة) داخل الهيكل لتلك الموجودة في المحلول دون التأثير على شبكة الأنيون الفرعية (شبكة بلورية سالبة الشحنة). [47] ما تبقى لنا هو بلورات لها تركيبة مختلفة، ولكن إطاراً متطابقاً. بهذه الطريقة، يُمنح العلماء morphological control الأقصى والمنتظم عند توليد بنى غير متجانسة معقدة. [48] فيما يتعلق بالسبب الذي يُعتقد أنه يحسن قيمة ZT، غالباً ما تؤدي آليات التبادل الكاتيوني إلى عيوب بلورية، مما يؤدي إلى تشتت الفونونات (ببساطة، جزيئات الحرارة). وفقًا لشكلية ديباي-كلاواي، فإن النموذج المستخدم لتحديد التوصيلية الحرارية للشبكة، κL، ينتج عن السلوك غير المتناسق المرتفع بسبب تشتت الفونون مقاومة حرارية كبيرة.[49]لذلك، فإن كثافة الخلل الأكبر تقلل من التوصيل الحراري للشبكة، مما يجعل الرقم أكبر من الجدارة. في الختام، ذكر لونگ وآخرون أن أوجه القصور الأكبر في النحاس أدت إلى زيادات تصل إلى 88٪ في قيمة ZT، بحد أقصى 0.79. [50]

يمكن أن يختلف تكوين الأجهزة الحرارية بشكل كبير اعتماداً على درجة حرارة الحرارة التي يجب كسبها؛ بالنظر إلى حقيقة أن أكثر من ثمانين بالمائة من نفايات الصناعة تقع ضمن نطاق 373-575 كلڤن، فإن الكالكوجينيدات والأنتيمونيدات هي الأنسب للتحويل الكهروحراري لأنها يمكن أن تستخدم الحرارة في درجات حرارة منخفضة. [51]الكبريت ليس فقط أرخص وأخف كالكوجينيد، فالفوائض الحالية قد تسبب تهديداً للبيئة نظراً لأنه منتج ثانوي لالتقاط النفط، لذلك يمكن أن يساعد استهلاك الكبريت في التخفيف من الأضرار المستقبلية. [52] بالنسبة للمعدن، يعتبر النحاس جسيم بذرة مثالي لأي نوع من طرق الاستبدال بسبب حركته العالية وتغير حالة الأكسدة، لأنه يمكن أن يوازن أو يكمل شحنة الكاتيونات غير المرنة. لذلك، يمكن أن تثبت المعادن الكوبروكالينية أو معادن البورنيت مكونات كهروحرارية مثالية.

سبائك نصف-هويسلر

تتمتع سبائك نصف-هويسلر (HH) بإمكانيات كبيرة لتطبيقات توليد الطاقة ذات درجات الحرارة العالية. وتتضمن أمثلة هذه السبائك NbFeSb وNbCoSn وVFeSb. والتي لديها هيكل مكعب من نوع MgAgAs يتكون من ثلاثة مشابك متداخلة مركزية الوجه (fcc). القدرة على استبدال أي من هذه الشرائح الثلاثة تفتح الباب أمام مجموعة متنوعة من المركبات ليتم تصنيعها. يتم استخدام بدائل ذرية مختلفة لتقليل التوصيل الحراري وتعزيز التوصيل الكهربائي.[53]

في السابق، لم يكن بمقدور ZT أن تصل ذروتها إلى أكثر من 0.5 للنوع p و0.8 لمركب H من النوع n. ومع ذلك، في السنوات القليلة الماضية، تمكن الباحثون من تحقيق ZT≈1 لكل من النوعين n والنوع p.[53] الحبيبات بحجم النانو هي إحدى الطرق المستخدمة لخفض الموصلية الحرارية عبر حبيبات حدود-مساعدة تشتت الفونون.[54] كان النهج الآخر هو استخدام مبادئ المركبات النانوية، والتي من خلالها تم تفضيل مجموعة معينة من المعادن على الآخرين بسبب اختلاف الحجم الذري. على سبيل المثال، يكون Hf وTi أكثر فعالية من Hf وZr، عندما يكون تقليل الموصلية الحرارية أمراً مثيراً للقلق، نظراً لأن فرق الحجم الذري بين الأول أكبر من الأخير.[55]


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

المواد الحرارية المرنة

المواد العضوية الموصلة كهربائياً

توليد الكهرباء عن طريق الإمساك بكلا جانبي جهاز كهربائي حراري مرن PEDOT:PSS
PEDOT:PSS مضمن في قفاز لتوليد الكهرباء عن طريق حرارة الجسم

تعتبر الپوليمرات الموصلة ذات أهمية كبيرة للتطوير الكهروحراري المرن. إنها مرنة وخفيفة الوزن ومتعددة الاستخدامات هندسياً ويمكن معالجتها على نطاق واسع، وهو عنصر مهم للتسويق. ومع ذلك، فإن الاضطراب البنيوي لهذه المواد غالباً ما يثبط الموصلية الكهربائية أكثر بكثير من التوصيل الحراري، مما يحد من استخدامها حتى الآن. تشمل بعض الپوليمرات الموصلة الأكثر شيوعاً التي تم فحصها من أجل الكهروحرارية المرنة بولي (3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين) (PEDOT)، پوليانيلين (PANIs)، پولي ثيوفين، پولي أسيتيلين، پولي بيرول، وپولي كربازول. P-type PEDOT: كانت PSS (سلفونات البوليسترين) وPEDOT-Tos (Tosylate) من أكثر المواد المشجعة التي تم فحصها. وغالباً ما يكون من الصعب تصنيع المواد الكهروحرارية العضوية المستقرة الهواء من النوع n بسبب تقاربها المنخفض مع الإلكترون واحتمال تفاعلها مع الأكسجين والماء في الهواء.[56] غالباً ما يكون لهذه المواد عامل جودة لا يزال منخفضاً جداً بالنسبة للتطبيقات التجارية (~ 0.42 في PEDOT:PSS) بسبب التوصيل الكهربائي السيئ.[57]

المركبات الهجينة

تتضمن المواد الكهروحرارية المركبة الهجينة مزج المواد العضوية الموصلة كهربائياً التي تمت مناقشتها سابقاً أو المواد المركبة الأخرى مع مواد موصلة أخرى في محاولة لتحسين خصائص النقل. تشتمل المواد الموصلة التي يتم إضافتها بشكل شائع على الأنابيب النانوية الكربونية والجرافين نظراً لقابليتها للتوصيل وخصائصها الميكانيكية. لقد ثبت أن الأنابيب النانوية الكربونية يمكن أن تزيد من قوة الشد لمركب البوليمر الذي يتم مزجها به. ومع ذلك، يمكنهم أيضاً تقليل المرونة.[58]علاوة على ذلك، ستسمح الدراسة المستقبلية في اتجاه ومواءمة هذه المواد المضافة بتحسين الأداء.[59]غالباً ما تكون عتبة الترشيح الخاصة بـ CNT منخفضة بشكل خاص، فهي أقل بكثير من 10٪ ، نظراً لارتفاع نسبة العرض إلى الارتفاع.[60]عتبة الترشيح المنخفضة أمر مرغوب فيه لأغراض التكلفة والمرونة. تم استخدام أكسيد الگرافين المنخفض (rGO) كمواد مرتبطة بالگرافين أيضاً لتعزيز جودة المواد الكهروحرارية.[61]تؤدي إضافة كمية منخفضة نسبياً من الجرافين أو rGO بحوالي 1٪ بالوزن إلى تقوية تشتت الفونون عند حدود الحبوب لجميع هذه المواد بالإضافة إلى زيادة تركيز حامل الشحنة والتنقل في مادة الكالكوجينيد والسكوتروديت، وعلى وجه الخصوص، المعتمد على أكسيد الفلز المركبات. ومع ذلك، لوحظ نمو كبير في ZT بعد إضافة الجرافين أو rGO بشكل أساسي للمركبات القائمة على المواد الكهروحرارية ذات ZT الأولي المنخفض. عندما تكون المادة الكهروحرارية بالفعل ذات بنية نانوية وتمتلك موصلية كهربائية عالية، فإن هذه الإضافة لا تعزز ZT بشكل كبير. وبالتالي، يعمل الگرافين أو المضافات rGO بشكل أساسي كمحسِّن للأداء الأساسي للمواد الكهروحرارية.

تشير المركبات الكهروحرارية الهجينة أيضاً إلى مركبات كهروحرارية پوليمرية غير عضوية. يتم تحقيق ذلك بشكل عام من خلال مصفوفة پوليمر خاملة تستضيف مادة حشو كهروحرارية. المصفوفة بشكل عام غير موصلة بحيث لا تقصر التيار وكذلك للسماح للمادة الكهروحرارية بالسيطرة على خصائص النقل الكهربائي. تتمثل إحدى الفوائد الرئيسية لهذه الطريقة في أن مصفوفة الپوليمر ستكون عموماً شديدة الاضطراب وعشوائية على العديد من مقاييس الطول المختلفة، مما يعني أن المادة المركبة يمكن أن يكون لها موصلية حرارية أقل بكثير. يتضمن الإجراء العام لتجميع هذه المواد مذيباً لإذابة الپوليمر وتشتت المادة الكهروحرارية في جميع أنحاء الخليط.[62]

سبائك السيليكون والجرمانيوم

تُظهر كتلة السليكون ZT ~0.01 منخفض بسبب الموصلية الحرارية العالية. ومع ذلك، يمكن أن يصل ZT إلى 0.6 في أسلاك السليكون النانوية، والتي تحافظ على الموصلية الكهربائية العالية لسيليكون مشاب، ولكنها تقلل الموصلية الحرارية بسبب ارتفاع تشتت الفونونات على أسطحها الواسعة وقطاعها العرضي المنخفض.[63]

يسمح الجمع بين Si وGe أيضاً بالاحتفاظ بموصلية كهربائية عالية لكلا المكونين وتقليل التوصيل الحراري. ينشأ الاختزال من التشتت الإضافي بسبب خصائص شبكية (فونون) مختلفة جداً لـ Si و Ge.[64] نتيجة لذلك، تعتبر سبائك سليكون-جرمانيوم حالياً أفضل المواد الكهروحرارية حوالي 1000 ℃ ولذلك فهي تستخدم في بعض مولد النظائر المشعة الكهروحرارية (RTG) (لا سيما MHW-RTG وGPHS-RTG) وبعض التطبيقات الأخرى ذات درجات الحرارة المرتفعة، مثل استرداد الحرارة المهدرة. إن قابلية استخدام سبائك السليكون والجرمانيوم محدودة بسعرها المرتفع وقيم ZT المعتدلة (~ 0.7)؛ ومع ذلك، يمكن زيادة ZT إلى 1-2 في الهياكل النانوية SiGe بسبب انخفاض التوصيل الحراري.[65]

كوبالتات الصوديوم

كانت التجارب على بلورات كوبالتات الصوديوم، باستخدام الأشعة السينية وتشتت النيوترونات التي أجريت في المرفق الأوروپي للإشعاع السنكروتروني (ESRF) ومعهد لاو لانڤن (ILL) في گرينوبل كانت قادرة على قمع الموصلية الحرارية بمعامل ستة مقارنة بكوبالتات الصوديوم الخالية من الشغور. اتفقت التجارب مع حسابات الكثافة الوظيفية. كما تضمنت التقنية عمليات إزاحة كبيرة غير متناسقة لـ Na 0.8CoO 2 الموجودة داخل البلورات.[66][67]

المواد الغير متبلورة

في عام 2002، توصل نولاس وگولدسميد إلى اقتراح مفاده أن الأنظمة التي تحتوي على الفونون تعني أن المسار الحر أكبر من حامل الشحنة يعني أن المسار الحر يمكن أن يُظهر كفاءة كهربائية حرارية معززة.[68] يمكن تحقيق ذلك في الكهروحرارية غير المتبلورة وسرعان ما أصبحت محوراً للعديد من الدراسات. تم إنجاز هذه الفكرة الرائدة في الأنظمة الغير متبلورة Cu-Ge-Te،[69] NbO2,[70] In-Ga-Zn-O،[71] Zr-Ni-Sn,[72] Si-Au،[73] و Ti-Pb-V-O[74]وتجدر الإشارة إلى أن نمذجة خصائص النقل يمثل تحدياً كافياً دون كسر الترتيب بعيد المدى بحيث يكون تصميم الكهروحرارية غير المتبلور في مراحله الأولى. بطبيعة الحال، تؤدي الكهروحرارية غير المتبلورة إلى انتشار واسع النطاق للفونون، والذي لا يزال يمثل تحدياً للكهرباء الحرارية البلورية. كما يتوقع مستقبل مشرق لهذه المواد.

المواد المتدرجة وظيفياً

تتيح المواد المتدرجة وظيفياً تحسين كفاءة التحويل للكهرباء الحرارية الحالية. كما تحتوي هذه المواد على توزيع تركيز غير منتظم للحامل وفي بعض الحالات أيضاً تكوين محلول صلب. في تطبيقات توليد الطاقة، يمكن أن يكون فرق درجة الحرارة عدة مئات من الدرجات، وبالتالي فإن الأجهزة المصنوعة من مواد متجانسة لها جزء ما يعمل في درجة الحرارة حيث تكون ZT أقل بكثير من قيمتها القصوى. ويمكن حل هذه المشكلة باستخدام مواد تختلف خصائص نقلها بطولها، مما يتيح تحسينات جوهرية في كفاءة التشغيل على الاختلافات الكبيرة في درجات الحرارة. هذا ممكن مع المواد المتدرجة وظيفياً لأنها تحتوي على تركيز ناقل متغير بطول المادة، وهو الأمثل للعمليات على مدى درجة حرارة معينة.[75]

المواد النانوية والشبكات الفائقة

بالإضافة إلى أغشية Bi 2Te 3/Sb 2Te 3 الرقيقة ذات البنية النانوية، والمواد الأخرى ذات البنية النانوية، بما في ذلك السليكون النانوي،[63] تظهر الأنابيب النانوية والنقاط الكمومية إمكانية تحسين الخواص الكهروحرارية.

شبكية PbTe/PbSeTe الكمومية الفائقة

مثال آخر للشبكة الفائقة يتضمن PbTe/PbSeTe نقطة كمومية توفر الشبكات الفائقة ZT محسن (حوالي 1.5 في درجة حرارة الغرفة) أعلى من قيمة ZT المالئة لكل من PbTe أو PbSeTe (حوالي 0.5).[76]

استقرار البلورات النانوية والتوصيل الحراري

ليست كل المواد البلورية النانوية مستقرة، لأن حجم البلورة يمكن أن ينمو في درجات حرارة عالية، مما يدمر الخصائص المرغوبة للمواد.

تحتوي المواد البلورية النانوية على العديد من الواجهات بين البلورات، والتي تقوم فيزياء SASER بتشتيت الفونونات وبالتالي يتم تقليل التوصيل الحراري. تقتصر الفونونات المحصورة في الحبيبات، إذا كان متوسط مسارها الحر أكبر من حجم حبيبات المادة.[63]

السيليسيدات المعدنية الانتقالية النانو بلورية

تعتبر السيليسيدات المعدنية الانتقالية النانو بلورية عبارة عن مجموعة مواد واعدة للتطبيقات الكهروحرارية، لأنها تفي بالعديد من المعايير المطلوبة من وجهة نظر التطبيقات التجارية. في بعض السيليسيدات المعدنية الانتقالية النانو بلورية، يكون عامل القدرة أعلى منه في المادة متعددة البلورات المقابلة، لكن الافتقار إلى البيانات الموثوقة حول التوصيل الحراري يمنع تقييم كفاءتها الكهروحرارية.[77]

السكوتروديتات ذات البنية النانوية

يمكن إنتاج السكوتروديتات، وهو معدن زرنيخيد الكوبالت بكميات متغيرة من النيكل والحديد، بشكل مصطنع، وهو مرشح لمواد كهروحرارية أفضل.

تتمثل إحدى مزايا السكوتروديتات ذات البنية النانوية على الأسكوتاروديت العادي في انخفاض الموصلية الحرارية الناتجة عن تشتت حدود الحبيبات. تم تحقيق قيم ZT البالغة ~0.65 و > 0.4 باستخدام عينات قائمة على CoSb3؛ كانت القيم السابقة 2.0 لـ Ni و 0.75 لمادة تلوريوم-المشابة عند 680 K والأخيرة للذهب-المركب عند T > 700 K.[78]

يمكن تحقيق تحسينات أكبر في الأداء باستخدام المواد المركبة والتحكم في حجم الحبيبات وظروف الضغط لعينات الكريستالات وتركيز المادة الحاملة.

الگرافين

يشتهر الگرافين بموصلية كهربائية عالية ومعامل سيبك في درجة حرارة الغرفة.[79][80] ومع ذلك، من منظور الكهروحرارية، فإن الموصلية الحرارية لها عالية بشكل ملحوظ، والتي بدورها تحد من ZT.[81] تم اقتراح عدة طرق لتقليل التوصيل الحراري للگرافين دون تغيير الكثير من التوصيل الكهربائي. وتشمل، على سبيل المثال لا الحصر، ما يلي:

  • الإشابة بنظائر الكربون لتشكيل ارتباط غير متجانس مثل 12C و13C. تمتلك هذه النظائر اختلافاً في ترددات الفونون، مما يؤدي إلى تشتت المواد الحاملة للحرارة (الفونونات). لقد ثبت أن هذا النهج لا يؤثر على عامل القدرة ولا على التوصيل الكهربائي.[82]
  • تبين أن الإشابات والشقوق في بنية الگرافين تساهم في تقليل التوصيل الحراري. تظهر قيم التوصيل الحراري للگرافين المعلق بحجم 3.8 µm انتشاراً واسعاً من 1500 إلى 5000 W/(m·K). وقد نسبت دراسة حديثة ذلك إلى العيوب الهيكلية الدقيقة الموجودة في الگرافين، مثل الشوائب والشقوق، والتي يمكن أن تقلل الموصلية الحرارية بنسبة 27٪.[83]تساعد هذه الإشابات في تشتيت الفونونات.
  • إدخال الشوائب بتقنيات مثل علاج پلازما الأكسجين. يتم إجراء طريقة أكثر منهجية لإدخال عيوب في بنية الگرافين من خلال معالجة الپلازما O2. في النهاية، ستحتوي عينة الگرافين على ثقوب موصوفة متباعدة ومرقمة وفقاً لشدة البلازما. كان الناس قادرين على تحسين ZT من الگرافين من 1 إلى قيمة 2.6 عندما يتم رفع كثافة الخلل من 0.04 إلى 2.5 (هذا الرقم هو مؤشر لكثافة الخلل وعادة ما يتم فهمه عند مقارنته بالقيمة المقابلة للگرافين غير المعالج، 0.04 في حالتنا). ومع ذلك، فإن هذه التقنية ستخفض الموصلية الكهربائية أيضاً، والتي يمكن أن تظل دون تغيير إذا تم تحسين پارامترات معالجة الپلازما.[79]
  • تفعيل الگرافين بواسطة الأكسجين. لم يتم التحقيق في السلوك الحراري لأكسيد الگرافيت على نطاق واسع مقارنة بنظيره؛ الگرافين. ومع ذلك، فقد تبين نظرياً من خلال نموذج نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) أن إضافة الأكسجين إلى شبكة الگرافين يقلل كثيراً من التوصيل الحراري بسبب تأثير تشتت الفونون. ينتج تشتت الفونونات عن كل من عدم التطابق الصوتي وانخفاض التناظر في بنية الگرافين بعد الإشابة بالأكسجين. يمكن أن يتجاوز تقليل الموصلية الحرارية بسهولة 50٪ بهذه الطريقة.[80]

الشبكات الفائقة والخشونة

تعتبر الشبكات الفائقة - المزدوجات الحرارية الهيكلية النانوية، مرشحاً جيداً لتصنيع أفضل للأجهزة الكهروحرارية، مع المواد التي يمكن استخدامها في تصنيع هذه البنية.

إنتاجها مكلف للاستخدام العام بسبب عمليات التصنيع القائمة على طرق نمو الأغشية الرقيقة باهظة الثمن. ومع ذلك، نظراً لأن كمية مواد الأغشية الرقيقة المطلوبة لتصنيع الجهاز بالشبكات الفائقة، فهي أقل بكثير من مواد الأغشية الرقيقة في المواد الكهروحرارية السائبة (تقريباً بمعامل 1/10000)، فإن ميزة التكلفة على المدى الطويل هي بالفعل ملائمة.

هذا صحيح بشكل خاص بالنظر إلى التوافر المحدود للتيلوريوم مما يتسبب في ارتفاع التطبيقات الشمسية المتنافسة لأنظمة التوصيل الكهروحرارية.

تسمح هياكل الشبكة الفائقة أيضاً بالتلاعب المستقل بپارامترات النقل عن طريق تعديل الهيكل نفسه، مما يتيح البحث لفهم أفضل للظواهر الكهروحرارية في المقياس النانوي، ودراسة هياكل إرسال الإلكترون التي تحجب الفونون - شرح التغيرات في المجال الكهربائي والتوصيل بسبب البنية النانوية للمادة.[21]

توجد العديد من الاستراتيجيات لتقليل التوصيل الحراري للشبكة الفائقة التي تعتمد على هندسة نقل الفونون. ويمكن تقليل الموصلية الحرارية على طول مستوى الفيلم ومحور السلك عن طريق إنشاء تشتت الواجهة المنتشرة وعن طريق تقليل مسافة الفصل بين الواجهة، وكلاهما ناتج عن خشونة السطح.

يمكن أن تحدث خشونة السطح بشكل طبيعي أو قد تحدث بشكل مصطنع. في الطبيعة، تحدث الخشونة بسبب اختلاط ذرات العناصر الغريبة. كما يمكن إنشاء خشونة اصطناعية باستخدام أنواع بنية مختلفة، مثل سطوح النقاط الكمومية والأغشية الرقيقة على ركائز مراحل-مغطاة.[65][64]

المشاكل في الشبكات الفائقة

انخفاض الموصلية الكهربائية:
غالباً ما تُظهر هياكل سطح تشتت الفونون المنخفضة أيضاً انخفاضاً في التوصيل الكهربائي.

عادةً ما تكون الموصلية الحرارية في الاتجاه المستوي للشبكة منخفضة جداً، ولكن اعتماداً على نوع الشبكة الفائقة، قد يزيد المعامل الكهروحراري بسبب التغييرات في بنية النطاق.

عادةً ما يرجع انخفاض الموصلية الحرارية في الشبكات الفائقة إلى تشتت السطح البيني للفونونات. تنتج النطاقات الصغيرة عن نقص الحصر الكمي داخل المنبع. ويعتمد هيكل النطاق الصغير على مرحلة الشبكة الفائقة بحيث بمرحلة قصيرة جداً (~1 nm) يقترب هيكل النطاق من حد السبيكة وبفترة طويلة (≥ ~60 nm) تصبح النطاقات الصغيرة قريبة جداً من بعضها البعض بحيث يمكن تقريبها بسلسلة متصلة.[84]

الإجراءات المضادة لهيكل الشبكة الفائقة:
يمكن اتخاذ تدابير مضادة تقضي عملياً على مشكلة انخفاض الموصلية الكهربائية في سطح تشتت الفونون المنخفض. تتضمن هذه المقاييس الاختيار الصحيح لبنية الشبكة الفائقة، والاستفادة من توصيل نطاق صغير عبر الشبكات الفائقة، وتجنب الحبس الكمي. لقد ثبت أنه نظراً لأن للإلكترونات والفونونات أطوال موجية مختلفة، فمن الممكن هندسة الهيكل بطريقة تتشتت فيها الفونونات بشكل أكثر انتشاراً عند السطح أكثر من الإلكترونات.[21]

الإجراءات المضادة لحبس الفونون:
هناك طريقة أخرى للتغلب على الانخفاض في الموصلية الكهربائية في هياكل تشتت الفونون المنخفضة وهي زيادة انعكاس الفونون وبالتالي تقليل التوصيل الحراري بشكل عمودي على السطوح.

يمكن تحقيق ذلك عن طريق زيادة عدم التطابق بين المواد في الطبقات المجاورة، بما في ذلك الكثافة، سرعة الزمرة، الحرارة المحددة، وطيف الفونون.

تتسبب خشونة السطح في انتشار تشتت الفونون، مما يزيد أو يقلل من انعكاس الفونون في الواجهات. يؤدي عدم التطابق بين علاقات التشتت بالجملة إلى تقييد الفونونات، ويصبح الحبس أكثر ملاءمة مع زيادة الاختلاف في التشتت.

مقدار الحبس غير معروف حالياً نظراً لوجود بعض النماذج والبيانات التجريبية فقط. كما هو الحال مع الطريقة السابقة، يجب مراعاة التأثيرات على التوصيل الكهربائي.[65][64]

تم إجراء محاولات توطين الفونونات طويلة الموجة بواسطة شبكات فائقة غير دورية أو شبكات فائقة مركبة ذات تواتر مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام العيوب، وخاصة الاضطرابات، لتقليل التوصيل الحراري في الأنظمة ذات الأبعاد المنخفضة.[65][64]

الحرارة الطفيلية:
يمكن أن يسبب التوصيل الحرارةي الطفيلي في طبقات الحاجز خسارة كبيرة في الأداء. لقد تم اقتراح ولكن لم يتم اختباره أنه يمكن التغلب على ذلك باختيار مسافة صحيحة معينة بين المنابع الكمومية.

يمكن لمعامل سيبك أن يغير علامته في الأسلاك النانوية ذات الشبكة الفائقة نظراً لوجود فجوات صغرية مع تغير طاقة فيرمي. يشير هذا إلى أنه يمكن تصميم الشبكات الفائقة لإظهار سلوك من النوع n أو p باستخدام نفس المنشطات مثل تلك المستخدمة في المواد المالئة المقابلة عن طريق التحكم بعناية في طاقة فيرمي أو تركيز الشائب. باستخدام مصفوفات الأسلاك النانوية، من الممكن استغلال شبه فلز - انتقال أشباه الموصلات بسبب الحبس الكمي واستخدام المواد التي لن تكون عادةً مواد كهروحرارية جيدة في صورة مجمعة. هذه العناصر على سبيل المثال البزموت. يمكن أيضاً استخدام تأثير سيبيك لتحديد تركيز الحامل وطاقة فيرمي في الأسلاك النانوية.[85]

في الكهروحرارية ذات النقاط الكمومية، يكون سلوك النقل غير التقليدي أو غير النطاقي (مثل الأنابيب أو التنقل) ضرورياً لاستخدام هيكل النطاق الإلكتروني الخاص في اتجاه النقل. من الممكن تحقيق ZT>2 في درجات حرارة مرتفعة باستخدام شبكات فائقة من النقاط الكمومية، ولكنها دائماً ما تكون غير مناسبة للإنتاج بالجملة.

ومع ذلك، في الشبكات الفائقة، حيث لا يتم تضمين التأثيرات الكمية، بسماكة غشاء قليلة فقط ميكرومتر (µm) إلى حوالي 15 µm, Bi2Te3/Sb2Te3 تم تصنيع مادة الشبكة الفائقة في مبردات دقيقة عالية الأداء وأجهزة أخرى. يتوافق أداء مبردات النقاط الساخنة[21] مع ZT~2.4 المبلغ عنها لمواد الشبكة الفائقة في 300 K.[86]

المركبات النانوية هي فئة مواد واعدة للأجهزة الكهروحرارية المالئة، ولكن يجب التغلب على العديد من التحديات لجعلها مناسبة للتطبيقات العملية. ليس من المفهوم جيداً سبب ظهور الخصائص الكهروحرارية المحسنة فقط في مواد معينة مع عمليات تصنيع محددة.[87]

يمكن دمج بلورات SrTe النانوية في مصفوفة PbTe كبيرة الحجم بحيث يتم محاذاة شبكات الملح الصخري لكلا المادتين تماماً (التوضيع الداخلي) مع التركيز المولي الأمثل لـ SrTe 2٪ فقط. يمكن أن يتسبب هذا في تشتت قوي للفونون ولكنه لن يؤثر على نقل الشحنات. في مثل هذه الحالة، يمكن تحقيق ZT~1.7 عند 815 K للمواد من النوع p.[88]

سلنيد القصدير

في عام 2014، اكتشف باحثون في جامعة نورث وسترن أن سلنيد القصدير (SnSe) يحتوي على ZT بقيمة 2.6 على طول المحور b لخلية الوحدة.[89][90] كانت هذه أعلى قيمة تم الإبلاغ عنها حتى الآن. يُعزى ذلك إلى الموصلية الحرارية المنخفضة للغاية الموجودة في شبكة SnSe. على وجه التحديد، أظهر SnSe موصلية حرارية شبكية قدرها 0.23 W·m−1·K−1، أقل بكثير من القيم المبلغ عنها سابقاً البالغة 0.5 W·m−1·K−1 وأكبر.[91] عرضت هذه المادة أيضاً ZT لـ 2.3±0.3 على طول المحور c و0.8±0.2 على طول المحور a. تم الحصول على هذه النتائج عند درجة حرارة 923 K (650 °C). كما هو موضح في الأشكال أدناه، وُجد أن مقاييس أداء SnSe قد تحسنت بشكل ملحوظ في درجات الحرارة المرتفعة؛ هذا بسبب تغيير هيكلي. ويصل عامل القدرة، والتوصيل، والتوصيل الحراري إلى قيمها المثلى عند أو أعلى من 750 K، ويبدو أنه يستقر عند درجات حرارة أعلى. ومع ذلك، لم تتمكن المجموعات الأخرى من إعادة إنتاج بيانات التوصيل الحراري السائبة المبلغ عنها.[92]

مقاييس أداء SnSe[91]

على الرغم من وجوده في درجة حرارة الغرفة في هيكل معيني مع مجموعة الفضاء Pnma، يخضع SnSe لانتقال إلى هيكل ذي تناظر أعلى، مجموعة فضائية Cmcm، في درجات حرارة أعلى.[93] يتكون هذا الهيكل من مستويات Sn-Se التي يتم تكديسها لأعلى في الاتجاه، والذي يفسر الأداء الضعيف خارج الطائرة (على طول المحور). عند الانتقال إلى هيكل Cmcm، تحافظ SnSe على الموصلية الحرارية المنخفضة ولكنها تعرض قدرة حاملة أعلى على الحركة.[91]

أحد العوائق التي تحول دون تطوير SnSe هو أنه يحتوي على تركيز ناقل منخفض نسبياً: حوالي1017 cm−3. ومما يضاعف من هذه المشكلة حقيقة أن SnSe لديها كفاءة منخفضة في الإشابة.[94]

ومع ذلك، فإن مثل هذه المواد البلورية المفردة تعاني من عدم القدرة على صنع أجهزة مفيدة بسبب هشاشتها وكذلك نطاق درجات الحرارة الضيق، حيث تم الإبلاغ عن ارتفاع ZT.

في عام 2021، أعلن الباحثون عن شكل متعدد الكريستالات من SnSe كان أقل هشاشة في آنٍ واحد ويتميز بـ ZT 3.1.[95]

طرق الإنتاج

يمكن تقسيم طرق إنتاج هذه المواد إلى تقنيات تعتمد على تطوير المسحوق والبلورات. حيث توفر التقنيات القائمة على المسحوق قدرة ممتازة على التحكم والحفاظ على التوزيع الحامل المرغوب وحجم الجسيمات والتركيب.[96]في تقنيات تطوير البلورات غالباً ما يتم خلط المشيبات بالمادة الذائبة، ولكن يمكن أيضاً استخدام الانتشار من المرحلة الغازية.[97] في نطاق تقنيات الصهر، يتم تكديس أقراص من مواد مختلفة فوق بعضها البعض ثم يتم خلط المواد مع بعضها البعض عندما يتسبب سخان متنقل في الذوبان. في تقنيات المسحوق، إما أن يتم خلط مساحيق مختلفة بنسب متفاوتة قبل الذوبان أو تكون في طبقات مختلفة ككدس قبل الضغط والذوبان.

هناك تطبيقات، مثل تبريد الدوائر الإلكترونية، حيث يلزم وجود أغشية رقيقة. لذلك، يمكن أيضاً تصنيع المواد الكهروحرارية باستخدام تقنيات ترسيب فيزيائي للبخار. سبب آخر لاستخدام هذه الأساليب هو تصميم هذه المراحل وتقديم إرشادات للتطبيقات المجمعة.

الطباعة ثلاثية الأبعاد

أتاح التحسن الكبير في مهارات الطباعة ثلاثية الأبعاد إمكانية تحضير المكونات الكهروحرارية عبر الطباعة ثلاثية الأبعاد. وتُصنع المنتجات الكهروحرارية من مواد خاصة تمتص الحرارة وتولد الكهرباء. إن متطلبات تركيب الأشكال الهندسية المعقدة في المساحات الضيقة بإحكام تجعل الطباعة ثلاثية الأبعاد هي تقنية التصنيع المثالية.[98] هناك العديد من الفوائد لاستخدام التصنيع الإضافي في إنتاج المواد الكهروحرارية. يسمح التصنيع الإضافي بالابتكار في تصميم هذه المواد، مما يسهل الأشكال الهندسية المعقدة التي لن تكون ممكنة من خلال عمليات التصنيع التقليدية. إنه يقلل من كمية المواد المهدرة أثناء الإنتاج ويسمح بأوقات تسليم أسرع للإنتاج من خلال التخلص من الحاجة إلى تصنيع الأدوات والنماذج الأولية، والتي يمكن أن تستغرق وقتاً طويلاً ومكلفة.[99]

هناك العديد من تقنيات التصنيع المضافة الرئيسية التي ظهرت كطرق مجدية لإنتاج المواد الكهروحرارية، بما في ذلك الطباعة المستمرة بنفث الحبر، والطباعة الموزعة، وطباعة الشاشة، والطباعة الحجرية المجسمة، وتلبيد الليزر الانتقائي. ولكل طريقة تحدياتها وقيودها، خاصة فيما يتعلق بفئة المواد والشكل الذي يمكن استخدامه. على سبيل المثال، يمكن استخدام التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) مع مساحيق المعادن والسيراميك، ويجب استخدام الطباعة الحجرية المجسمة (SLA) مع الراتنجات القابلة للمعالجة التي تحتوي على مشتتات جسيمات صلبة من المواد الكهروحرارية المختارة، ويجب أن تستخدم الطباعة النافثة للحبر الأحبار التي يتم تصنيعها عادةً بواسطة تشتيت مساحيق غير عضوية إلى مذيب عضوي أو عمل معلق.[100][101]

الدافع وراء إنتاج الكهروحرارية عن طريق التصنيع الإضافي يرجع إلى الرغبة في تحسين خصائص هذه المواد، أي زيادة رقمها الكهروحراري لجدارة ZT، وبالتالي تحسين كفاءة تحويل الطاقة.[102] تم إجراء بحث لإثبات فعالية وفحص خصائص المواد للمواد الكهروحرارية المنتجة عن طريق التصنيع الإضافي. وتم استخدام طريقة تصنيع المواد المضافة القائمة على البثق لطباعة البزموت تيلورايد بنجاح (Bi2Te3) باستخدام أشكال هندسية مختلفة. استخدمت هذه الطريقة حبر غير عضوي مرن لزج مركب باستخدام Sb2Te2 أيونات كالكوجينيد ميتالات كمواد رابطة للجسمات المعتمدة على Bi2Te3. وقد أظهرت نتائج هذه الطريقة خصائص كهروحرارية متجانسة في جميع أنحاء المادة وشكل حراري حراري يستحق ZT قدره 0.9 للعينات من النوع p و0.6 للعينات من النوع n. كما وجد أن معامل سيبك لهذه المادة يزداد مع زيادة درجة الحرارة حتى حوالي 200 درجة مئوية.[103]

كما تم إجراء أبحاث رائدة نحو استخدام التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) لإنتاج المواد الحرارية. تم طباعة مساحيق Bi2Te3 عبر SLS دون استخدام المعالجة المسبقة أو اللاحقة للمادة، أو التشكيل المسبق للأساس، أو استخدام الموثق المواد. وقد حققت العينات المطبوعة كثافة نسبية 88٪ (مقارنة بكثافة نسبية 92٪ في Bi2Te3). أظهرت نتائج التصوير بالمجهر الإلكتروني (SEM) اندماجاً مناسباً بين طبقات المواد المترسبة. على الرغم من وجود المسام داخل المنطقة الذائبة، إلا أن هذه مشكلة عامة موجودة مع الأجزاء التي تصنعها SLS، والتي تحدث نتيجة فقاعات الغاز التي تحاصر في المادة الذائبة أثناء تصلبها السريع. أظهرت نتائج حيود الأشعة السينية أن التركيب البلوري للمادة كان سليماً بعد ذوبان الليزر.

كما تم فحص معامل سيبك، رقم الجودة ZT، التوصيل الكهربائي والحراري، الحرارة النوعية، والانتشار الحراري للعينات عند درجات حرارة عالية تصل إلى 500 درجة مئوية. من الأمور ذات الأهمية الخاصة أن ZT لعينات Bi2Te3، والتي وُجد أنها تنخفض مع زيادة درجات الحرارة إلى حوالي 300 درجة مئوية، وتزداد قليلاً عند درجات حرارة تتراوح بين 300 -400 درجة مئوية، ثم زيادة حادة دون زيادة درجة الحرارة. وأعلى قيمة تم تحقيقها ZT (لعينة من النوع n) كانت حوالي 0.11.

كانت لخصائص المواد الكهروحرارية السائبة للعينات المنتجة باستخدام SLS خصائص كهروحرارية وكهربائية مماثلة للمواد الكهروحرارية المنتجة باستخدام طرق التصنيع التقليدية. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها استخدام طريقة SLS لإنتاج المواد الحرارية بنجاح.[102]

التطبيقات

التبريد

المقالة الرئيسية: تبريد كهروحراري

يمكن استخدام المواد الكهروحرارية كثلاجات تسمى "مبردات كهروحرارية" أو "مبردات پلتيير" بعد تأثير پلتيير التي تتحكم في عملها. كتقنية تبريد، يعتبر تبريد پلتيير أقل شيوعاً بكثير من التبريد بضغط البخار. تتمثل المزايا الرئيسية لمبرد بلتيير (مقارنة بثلاجة ضغط البخار) في نقص الأجزاء المتحركة أو وسيط تبريد، وصغر حجمه وشكله المرن (عامل الشكل).[104]

العيب الرئيسي لمبردات پلتيير هو الكفاءة المنخفضة. تشير التقديرات إلى أن المواد التي تحتوي على ZT>3 (حوالي 20-30٪ من كفاءة كارنو) ستكون مطلوبة لاستبدال المبردات التقليدية في معظم التطبيقات.[76] اليوم، تُستخدم مبردات پلتيير فقط في التطبيقات المتخصصة، خاصة على نطاق صغير، حيث الكفاءة ليست مهمة.[104]

توليد الطاقة

المقالة الرئيسية: Thermoelectric generator

تعتمد الكفاءة الكهروحرارية على عامل الجودة، ZT. لا يوجد حد نظري أعلى لـ ZT، ومع اقتراب ZT من اللانهاية، تقترب الكفاءة الكهروحرارية من حد كارنو. ومع ذلك، حتى وقت قريب، لم يكن هناك نوع معروف من الكهروحرارية يحتوي على ZT>3.[105] In 2019, researchers reported a material with approximated ZT between 5 and 6.[106][107]

اعتباراً من عام 2010، تخدم المولدات الكهروحرارية مجالات التطبيق حيث تكون الكفاءة والتكلفة أقل أهمية من الموثوقية والوزن الخفيف والحجم الصغير.[108] [109]

تلتقط محركات الاحتراق الداخلي 20-25٪ من الطاقة المنبعثة أثناء احتراق الوقود.[108] [110] يمكن أن تؤدي زيادة معدل التحويل إلى زيادة الأميال وتوفير المزيد من الكهرباء لعناصر التحكم على متن الطائرة ووسائل الراحة (عناصر التحكم في الثبات، والتليماتية، وأنظمة الملاحة، والفرامل الإلكترونية، وما إلى ذلك)[111] قد يكون من الممكن تحويل الطاقة من المحرك (في بعض الحالات) إلى الحمل الكهربائي في السيارة، على سبيل المثال، توجيه الطاقة الكهربائية أو تشغيل مضخة المبرد الكهربائي.[108][110]

تستخدم محطات توليد مشترك للطاقة لتوليد الطاقة الحرارة الناتجة أثناء توليد الكهرباء لأغراض بديلة؛ كونها أكثر ربحية في الصناعات التي تحتوي على كميات كبيرة من الطاقة المهدرة.[108]

قد تجد الكهروحرارية تطبيقات في مثل هذه الأنظمة أو في توليد الطاقة الحرارية الشمسية.[108] [112]

انظر أيضاً

المراجع

  1. ^ أ ب ت Goldsmid, H. Julian (2016). Introduction to Thermoelectricity. Springer Series in Materials Science. Vol. 121. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. Bibcode:2016inh..book.....G. doi:10.1007/978-3-662-49256-7. ISBN 978-3-662-49255-0.
  2. ^ Snyder, G.J.; Toberer, E.S. (2008). "Complex Thermoelectric Materials". Nature Materials. 7 (2): 105–114. Bibcode:2008NatMa...7..105S. doi:10.1038/nmat2090. PMID 18219332.
  3. ^ Wang, H; Pei, Y; LaLonde, AD; Snyder, GJ (2012). "Weak electron-phonon coupling contributing to high thermoelectric performance in n-type PbSe". Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (25): 9705–9. Bibcode:2012PNAS..109.9705W. doi:10.1073/pnas.1111419109. PMC 3382475. PMID 22615358.
  4. ^ أ ب Ioffe, A.F. (1960) Physics of semiconductors, Academic Press Inc., New York
  5. ^ M., Borrego, Jose (1962). Optimum impurity concentration in semiconductor thermoelements. Massachusetts Institute of Technology, Energy Conversion and Semiconductor Laboratory, Electrical Engineering Dept. OCLC 16320521.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  6. ^ Snyder, G.J. (2017). "Figure of merit ZT of a thermoelectric device defined from materials properties". Energy and Environmental Science. 10 (11): 2280–2283. doi:10.1039/C7EE02007D.
  7. ^ Sherman, B.; Heikes, R. R.; Ure, R. W. (Jan 1960). "Calculation of Efficiency of Thermoelectric Devices". Journal of Applied Physics (in الإنجليزية). 31 (1): 1–16. Bibcode:1960JAP....31....1S. doi:10.1063/1.1735380. ISSN 0021-8979.
  8. ^ Kim, Hee Seok; Liu, Weishu; Chen, Gang; Chu, Ching-Wu; Ren, Zhifeng (2015-07-07). "Relationship between thermoelectric figure of merit and energy conversion efficiency". Proceedings of the National Academy of Sciences (in الإنجليزية). 112 (27): 8205–8210. Bibcode:2015PNAS..112.8205K. doi:10.1073/pnas.1510231112. ISSN 0027-8424. PMC 4500231. PMID 26100905.
  9. ^ Kim, D.S.; Infante Ferreira, C.A. (2008). "Solar refrigeration options – a state-of-the-art review". International Journal of Refrigeration. 31: 3–15. doi:10.1016/j.ijrefrig.2007.07.011.
  10. ^ Baranowski, L.L.; Toberer, E.S.; Snyder, GJ (2013). "The Misconception of Maximum Power and Power Factor in Thermoelectrics" (PDF). Journal of Applied Physics. 115: 126102. doi:10.1063/1.4869140.
  11. ^ أ ب Timothy D. Sands (2005), Designing Nanocomposite Thermoelectric Materials
  12. ^ Slack GA., in Rowe 2005
  13. ^ Mahan, G. D. (1997). "Good Thermoelectrics". Solid State Physics - Advances in Research and Applications. Solid State Physics. Vol. 51. Academic Press. pp. 81–157. doi:10.1016/S0081-1947(08)60190-3. ISBN 978-0-12-607751-3.
  14. ^ Koumoto, Kunihito; Mori, Takao (2013-07-20). Thermoelectric Nanomaterials: Materials Design and Applications. Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-642-37537-8.
  15. ^ Yanzhong, Pei; Heng, Wang; J., Snyder, G. (2012-12-04). "Band Engineering of Thermoelectric Materials". Advanced Materials. 24 (46): 6125–6135. doi:10.1002/adma.201202919. PMID 23074043. S2CID 205247155. Retrieved 2015-10-23.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  16. ^ Xing, Guangzong; Sun, Jifeng; Li, Yuwei; Fan, Xiaofeng; Zheng, Weitao; Singh, David J. (2017). "Electronic fitness function for screening semiconductors as thermoelectric materials". Physical Review Materials. 1 (6): 065405. arXiv:1708.04499. Bibcode:2017PhRvM...1f5405X. doi:10.1103/PhysRevMaterials.1.065405. S2CID 67790664.
  17. ^ Bhandari, C. M. in Rowe 2005, pp. 55–65
  18. ^ Cava, R. J. (1990). "Structural chemistry and the local charge picture of copper-oxide superconductors". Science. 247 (4943): 656–62. Bibcode:1990Sci...247..656C. doi:10.1126/science.247.4943.656. PMID 17771881. S2CID 32298034.
  19. ^ Dresselhaus, M. S.; Chen, G.; Tang, M. Y.; Yang, R. G.; Lee, H.; Wang, D. Z.; Ren, Z. F.; Fleurial, J.-P.; Gogna, P. (2007). "New directions for low-dimensional thermoelectric materials" (PDF). Advanced Materials. 19 (8): 1043–1053. doi:10.1002/adma.200600527. S2CID 31648320.
  20. ^ Duck Young Chung; Hogan, T.; Schindler, J.; Iordarridis, L.; Brazis, P.; Kannewurf, C.R.; Baoxing Chen; Uher, C.; Kanatzidis, M.G. (1997). "Complex bismuth chalcogenides as thermoelectrics". XVI ICT '97. Proceedings ICT'97. 16th International Conference on Thermoelectrics (Cat. No.97TH8291). p. 459. doi:10.1109/ICT.1997.667185. ISBN 978-0-7803-4057-2. S2CID 93624270.
  21. ^ أ ب ت ث Venkatasubramanian, Rama; Siivola, Edward; Colpitts, Thomas; O'Quinn, Brooks (2001). "Thin-film thermoelectric devices with high room-temperature figures of merit". Nature. 413 (6856): 597–602. Bibcode:2001Natur.413..597V. doi:10.1038/35098012. PMID 11595940. S2CID 4428804.
  22. ^ Rowe 2005, Ch. 27.
  23. ^ Heremans, J. P.; Jovovic, V.; Toberer, E. S.; Saramat, A.; Kurosaki, K.; Charoenphakdee, A.; Yamanaka, S.; Snyder, G. J. (2008). "Enhancement of Thermoelectric Efficiency in PbTe by Distortion of the Electronic Density of States" (PDF). Science. 321 (5888): 554–7. Bibcode:2008Sci...321..554H. doi:10.1126/science.1159725. PMID 18653890. S2CID 10313813.
  24. ^ Pei, Yanzhong; Lalonde, Aaron; Iwanaga, Shiho; Snyder, G. Jeffrey (2011). "High thermoelectric figure of merit in heavy hole dominated PbTe" (PDF). Energy & Environmental Science. 4 (6): 2085. doi:10.1039/C0EE00456A.
  25. ^ Pei, Yanzhong; Shi, Xiaoya; Lalonde, Aaron; Wang, Heng; Chen, Lidong; Snyder, G. Jeffrey (2011). "Convergence of electronic bands for high performance bulk thermoelectrics" (PDF). Nature. 473 (7345): 66–9. Bibcode:2011Natur.473...66P. doi:10.1038/nature09996. PMID 21544143. S2CID 4313954.
  26. ^ Quick, Darren (September 20, 2012). "World's most efficient thermoelectric material developed". Gizmag. Retrieved 16 December 2014.
  27. ^ Biswas, K.; He, J.; Blum, I. D.; Wu, C. I.; Hogan, T. P.; Seidman, D. N.; Dravid, V. P.; Kanatzidis, M. G. (2012). "High-performance bulk thermoelectrics with all-scale hierarchical architectures". Nature. 489 (7416): 414–418. Bibcode:2012Natur.489..414B. doi:10.1038/nature11439. PMID 22996556. S2CID 4394616.
  28. ^ Rowe 2005, 32–33.
  29. ^ Gatti, C., Bertini, L., Blake, N. P. and Iversen, B. B. (2003). "Guest–Framework Interaction in Type I Inorganic Clathrates with Promising Thermoelectric Properties: On the Ionic versus Neutral Nature of the Alkaline-Earth Metal Guest A in A8Ga16Ge30 (A=Sr, Ba)". Chemistry. 9 (18): 4556–68. doi:10.1002/chem.200304837. PMID 14502642.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  30. ^ Rowe 2005, Ch. 32–33.
  31. ^ Hirayama, Naomi; Iida, Tsutomu; Sakamoto, Mariko; Nishio, Keishi; Hamada, Noriaki (2019). "Substitutional and interstitial impurity p-type doping of thermoelectric Mg2Si: A theoretical study". Science and Technology of Advanced Materials. 20 (1): 160–172. Bibcode:2019STAdM..20..160H. doi:10.1080/14686996.2019.1580537. PMC 6419642. PMID 30891103.
  32. ^ Khan, A.U.; Vlachos, N; Kyratsi, Th (2013). "High thermoelectric figure of merit of Mg2Si0.55−xSn0.4Ge0.05 materials doped with Bi and Sb". Scripta Materialia. 69 (8): 606–609. doi:10.1016/j.scriptamat.2013.07.008.
  33. ^ Rowe 2005, Ch. 34.
  34. ^ Nolas, G. S.; Slack, G. A.; Morelli, D. T.; Tritt, T. M.; Ehrlich, A. C. (1996). "The effect of rare-earth filling on the lattice thermal conductivity of skutterudites". Journal of Applied Physics. 79 (8): 4002. Bibcode:1996JAP....79.4002N. doi:10.1063/1.361828.
  35. ^ Khan, Atta U.; Kobayashi, Kazuaki; Tang, Dai-Ming; Yamauchi, Yasuke; Hasegawa, Kotone; Mitome, Masanori; Xue, Yanming; Jiang, Baozhen; Tsuchiay, Koichi; Dmitri, Golberg; Mori, Takao (2017). "Nano-micro-porous skutterudites with 100% enhancement in ZT for high performance thermoelectricity". Nano Energy. 31: 152–159. doi:10.1016/j.nanoen.2016.11.016.
  36. ^ "Spacecraft 'Nuclear Batteries' Could Get a Boost from New Materials". JPL News. Jet Propulsion Laboratory. 13 October 2016.
  37. ^ أ ب Rowe 2005, Ch. 35.
  38. ^ أ ب ت ث Ohtaki, Michitaka (2011). "Recent aspects of oxide thermoelectric materials for power generation from mid-to-high temperature heat source". Journal of the Ceramic Society of Japan. 119 (11): 770–775. doi:10.2109/jcersj2.119.770.
  39. ^ Matsuno, Jobu; Fujioka, Jun; Okuda, Tetsuji; Ueno, Kazunori; Mizokawa, Takashi; Katsufuji, Takuro (2018). "Strongly correlated oxides for energy harvesting". Science and Technology of Advanced Materials. 19 (1): 899–908. Bibcode:2018STAdM..19..899M. doi:10.1080/14686996.2018.1529524. PMC 6454405. PMID 31001365.
  40. ^ Music, D.; Schneider, J.M. (2015). "Critical evaluation of the colossal Seebeck coefficient of nanostructured rutile MnO2". Journal of Physics: Condensed Matter. 27 (11): 115302. Bibcode:2015JPCM...27k5302M. doi:10.1088/0953-8984/27/11/115302. PMID 25730181.
  41. ^ Music, D.; Chen, Y.-T.; Bliem, P.; Geyer, R.W. (2015). "Amorphous-crystalline transition in thermoelectric NbO2". Journal of Physics D: Applied Physics. 48 (27): 275301. Bibcode:2015JPhD...48.5301M. doi:10.1088/0022-3727/48/27/275301.
  42. ^ Onozato, T.; Katase, T.; Yamamoto, A.; et al. (2016). "Optoelectronic properties of valence-state-controlled amorphous niobium oxide". Journal of Physics: Condensed Matter. 28 (25): 255001. Bibcode:2016JPCM...28y5001O. doi:10.1088/0953-8984/28/25/255001. PMID 27168317.
  43. ^ Lu, Xu; Morelli, Donald T.; Xia, Yi; Zhou, Fei; Ozolins, Vidvuds; Chi, Hang; Zhou, Xiaoyuan; Uher, Ctirad (March 2013). "High Performance Thermoelectricity in Earth-Abundant Compounds Based on Natural Mineral Tetrahedrites". Advanced Energy Materials. 3 (3): 342–348. doi:10.1002/aenm.201200650. hdl:2027.42/97156. S2CID 51796822.
  44. ^ Khan, Atta Ullah; Orabi, Rabih Al Rahal Al; Pakdel, Amir; Vaney, Jean-Baptiste; Fontaine, Bruno; Gautier, Régis; Halet, Jean-François; Mitani, Seiji; Mori, Takao (11 April 2017). "Sb Doping of Metallic CuCr 2 S 4 as a Route to Highly Improved Thermoelectric Properties". Chemistry of Materials. 29 (7): 2988–2996. doi:10.1021/acs.chemmater.6b05344.
  45. ^ Khan, Atta Ullah; Orabi, Rabih Al Rahal Al; Pakdel, Amir; Vaney, Jean-Baptiste; Fontaine, Bruno; Gautier, Régis; Halet, Jean-François; Mitani, Seiji; Mori, Takao (11 April 2017). "Sb Doping of Metallic CuCr 2 S 4 as a Route to Highly Improved Thermoelectric Properties". Chemistry of Materials. 29 (7): 2988–2996. doi:10.1021/acs.chemmater.6b05344.
  46. ^ Long, Sebastian O. J.; Powell, Anthony V.; Vaqueiro, Paz; Hull, Stephen (23 January 2018). "High Thermoelectric Performance of Bornite through Control of the Cu(II) Content and Vacancy Concentration" (PDF). Chemistry of Materials. 30 (2): 456–464. doi:10.1021/acs.chemmater.7b04436.
  47. ^ Lesnyak, Vladimir; Brescia, Rosaria; Messina, Gabriele C.; Manna, Liberato (29 July 2015). "Cu Vacancies Boost Cation Exchange Reactions in Copper Selenide Nanocrystals". Journal of the American Chemical Society. 137 (29): 9315–9323. doi:10.1021/jacs.5b03868. PMC 4521286. PMID 26140622.
  48. ^ Hodges, James M.; Kletetschka, Karel; Fenton, Julie L.; Read, Carlos G.; Schaak, Raymond E. (20 July 2015). "Sequential Anion and Cation Exchange Reactions for Complete Material Transformations of Nanoparticles with Morphological Retention". Angewandte Chemie International Edition. 54 (30): 8669–8672. doi:10.1002/anie.201504099. PMID 26110653.
  49. ^ Lu, Xu; Morelli, Donald T.; Xia, Yi; Zhou, Fei; Ozolins, Vidvuds; Chi, Hang; Zhou, Xiaoyuan; Uher, Ctirad (2013). "High Performance Thermoelectricity in Earth-Abundant Compounds Based on Natural Mineral Tetrahedrites". Advanced Energy Materials. 3 (3): 342–348. doi:10.1002/aenm.201200650. hdl:2027.42/97156. S2CID 51796822.
  50. ^ Long, Sebastian O. J.; Powell, Anthony V.; Vaqueiro, Paz; Hull, Stephen (23 January 2018). "High Thermoelectric Performance of Bornite through Control of the Cu(II) Content and Vacancy Concentration" (PDF). Chemistry of Materials. 30 (2): 456–464. doi:10.1021/acs.chemmater.7b04436.
  51. ^ Long, Sebastian O. J.; Powell, Anthony V.; Vaqueiro, Paz; Hull, Stephen (23 January 2018). "High Thermoelectric Performance of Bornite through Control of the Cu(II) Content and Vacancy Concentration" (PDF). Chemistry of Materials. 30 (2): 456–464. doi:10.1021/acs.chemmater.7b04436.
  52. ^ Khan, Atta Ullah; Orabi, Rabih Al Rahal Al; Pakdel, Amir; Vaney, Jean-Baptiste; Fontaine, Bruno; Gautier, Régis; Halet, Jean-François; Mitani, Seiji; Mori, Takao (11 April 2017). "Sb Doping of Metallic CuCr 2 S 4 as a Route to Highly Improved Thermoelectric Properties". Chemistry of Materials. 29 (7): 2988–2996. doi:10.1021/acs.chemmater.6b05344.
  53. ^ أ ب Huang, Lihong; Zhang, Qinyong; Yuan, Bo; Lai, Xiang; Yan, Xiao; Ren, Zhifeng (2016). "Recent progress in half-Heusler thermoelectric materials". Materials Research Bulletin. 76: 107–112. doi:10.1016/j.materresbull.2015.11.032.
  54. ^ Yan, Xiao; Joshi, Giri; Liu, Weishu; Lan, Yucheng; Wang, Hui; Lee, Sangyeop; Simonson, J. W.; Poon, S. J.; Tritt, T. M.; Chen, Gang; Ren, Z. F. (2011). "Enhanced Thermoelectric Figure of Merit of p-Type Half-Heuslers". Nano Letters. 11 (2): 556–560. Bibcode:2011NanoL..11..556Y. doi:10.1021/nl104138t. PMID 21186782.
  55. ^ Kimura, Yoshisato; Ueno, Hazuki; Mishima, Yoshinao (2009). "Thermoelectric Properties of Directionally Solidified Half-Heusler (Ma0.5,Mb0.5)NiSn (Ma, Mb = Hf, Zr, Ti) Alloys". Journal of Electronic Materials. 38 (7): 934–939. doi:10.1007/s11664-009-0710-x. S2CID 135974684.
  56. ^ Tian, R.; Wan, C.; Hayashi, N.; Aoai, T. (March 2018). "Wearable and flexible thermoelectrics for energy harvesting". MRS Bulletin. 43 (3): 193–198. Bibcode:2018MRSBu..43..193T. doi:10.1557/mrs.2018.8.
  57. ^ Petsagkourakis, Ioannis; Tybrandt, Klas; Crispin, Xavier; Ohkubo, Isao; Satoh, Norifusa; Mori, Takao (2018). "Thermoelectric materials and applications for energy harvesting power generation". Science and Technology of Advanced Materials. 19 (1): 836–862. Bibcode:2018STAdM..19..836P. doi:10.1080/14686996.2018.1530938. PMC 6454408. PMID 31001364.
  58. ^ Bannych, A.; Katz, S.; Barkay, Z.; Lachman, N. (Jun 2020). "Preserving Softness and Elastic Recovery in Silicone-Based Stretchable Electrodes Using Carbon Nanotubes". Polymers. 12 (6): 1345. doi:10.3390/polym12061345. PMC 7362250. PMID 32545911.
  59. ^ Chung, D.D.L. (October 2018). "Thermoelectric polymer-matrix structural and nonstructural composite materials". Advance Industrial and Engineering Polymer Research. 1 (1): 61–65. doi:10.1016/j.aiepr.2018.04.001.
  60. ^ Nandihalli, N.; Liu, C.; Mori, Takao (December 2020). "Polymer based thermoelectric nanocomposite materials and devices: Fabrication and characteristics". Nano Energy. 78: 105186. doi:10.1016/j.nanoen.2020.105186.
  61. ^ Okhay, O.; Tkach, A. (April 2021). "Impact of Graphene or Reduced Graphene Oxide on Performance of Thermoelectric Composites". C. 7 (2): 37. doi:10.3390/c7020037.
  62. ^ Peng, J.; Witting, I.; Grayson, M.; Snyder, G.J.; Yan, X. (December 2019). "3D extruded composite thermoelectric threads for flexible energy harvesting". Nature Communications. 10 (1): 5590. Bibcode:2019NatCo..10.5590P. doi:10.1038/s41467-019-13461-2. PMC 6897922. PMID 31811127.
  63. ^ أ ب ت Zhan, Tianzhuo; Yamato, Ryo; Hashimoto, Shuichiro; Tomita, Motohiro; Oba, Shunsuke; Himeda, Yuya; Mesaki, Kohei; Takezawa, Hiroki; Yokogawa, Ryo; Xu, Yibin; Matsukawa, Takashi; Ogura, Atsushi; Kamakura, Yoshinari; Watanabe, Takanobu (2018). "Miniaturized planar Si-nanowire micro-thermoelectric generator using exuded thermal field for power generation". Science and Technology of Advanced Materials. 19 (1): 443–453. Bibcode:2018STAdM..19..443Z. doi:10.1080/14686996.2018.1460177. PMC 5974757. PMID 29868148.
  64. ^ أ ب ت ث Nakamura, Yoshiaki (2018). "Nanostructure design for drastic reduction of thermal conductivity while preserving high electrical conductivity". Science and Technology of Advanced Materials. 19 (1): 31–43. Bibcode:2018STAdM..19...31N. doi:10.1080/14686996.2017.1413918. PMC 5769778. PMID 29371907.
  65. ^ أ ب ت ث Kandemir, Ali; Ozden, Ayberk; Cagin, Tahir; Sevik, Cem (2017). "Thermal conductivity engineering of bulk and one-dimensional Si-Ge nanoarchitectures". Science and Technology of Advanced Materials. 18 (1): 187–196. Bibcode:2017STAdM..18..187K. doi:10.1080/14686996.2017.1288065. PMC 5404179. PMID 28469733.
  66. ^ "Improved thermoelectric materials may give a push to Moore's law". KurzweilAI. September 2, 2013.
  67. ^ Voneshen, D. J.; Refson, K.; Borissenko, E.; Krisch, M.; Bosak, A.; Piovano, A.; Cemal, E.; Enderle, M.; Gutmann, M. J.; Hoesch, M.; Roger, M.; Gannon, L.; Boothroyd, A. T.; Uthayakumar, S.; Porter, D. G.; Goff, J. P. (2013). "Suppression of thermal conductivity by rattling modes in thermoelectric sodium cobaltate" (PDF). Nature Materials. 12 (11): 1028–1032. Bibcode:2013NatMa..12.1028V. doi:10.1038/nmat3739. PMID 23975057.
  68. ^ Nolas, G.S.; Goldsmid, H.J. (2002). "The figure of merit in amorphous thermoelectrics". Physica Status Solidi A. 194 (1): 271–276. Bibcode:2002PSSAR.194..271N. doi:10.1002/1521-396X(200211)194:1<271::AID-PSSA271>3.0.CO;2-T.
  69. ^ Goncalves, A.P.; Lopes, E.B.; Rouleau, O.; Godart, C. (2010). "Conducting glasses as new potential thermoelectric materials: the Cu-Ge-Te case". Journal of Materials Chemistry. 20 (8): 1516–1521. doi:10.1039/B908579C. S2CID 56230957.
  70. ^ Music, D.; Geyer, R.W.; Hans, M. (2016). "High-throughput exploration of thermoelectric and mechanical properties of amorphous NbO2 with transition metal additions". Journal of Applied Physics. 120 (4): 045104. Bibcode:2016JAP...120d5104M. doi:10.1063/1.4959608.
  71. ^ Fujimoto, Y.; Uenuma, M.; Ishikawa, Y.; Uraoka, Y. (2015). "Analysis of thermoelectric properties of amorphous InGaZnO thin film by controlling carrier concentration". AIP Advances. 5 (9): 097209. Bibcode:2015AIPA....5i7209F. doi:10.1063/1.4931951.
  72. ^ Zhou, Y.; Tan, Q.; Zhu, J.; Li, S.; Liu, C.; Lei, Y.; Li, L. (2015). "Thermoelectric properties of amorphous Zr-Ni-Sn thin films deposited by magnetron sputtering". Journal of Electronic Materials. 44 (6): 1957–1962. Bibcode:2015JEMat..44.1957Z. doi:10.1007/s11664-014-3610-7.
  73. ^ Takiguchi, H.; Yoshikawa, Z.; Miyazaki, H.; Okamoto, Y.; Morimoto, J. (2010). "The Role of Au in the Thermoelectric Properties of Amorphous Ge/Au and Si/Au Thin Films". Journal of Electronic Materials (in الإنجليزية). 39 (9): 1627–1633. Bibcode:2010JEMat..39.1627T. doi:10.1007/s11664-010-1267-4. S2CID 54579660.
  74. ^ Ramesh, K. V; Sastry, D. L (2007). "DC electrical conductivity, thermoelectric power measurements of TiO2-substituted lead vanadate glasses". Physica B. 387 (1–2): 45–51. Bibcode:2007PhyB..387...45R. doi:10.1016/j.physb.2006.03.026.
  75. ^ Rowe 2005, Ch. 38.
  76. ^ أ ب Harman, T. C.; Taylor, PJ; Walsh, MP; Laforge, BE (2002). "Quantum dot superlattice thermoelectric materials and devices" (PDF). Science. 297 (5590): 2229–32. Bibcode:2002Sci...297.2229H. doi:10.1126/science.1072886. PMID 12351781. S2CID 18657048.
  77. ^ Rowe 2005, Ch. 40.
  78. ^ Rowe 2005, Ch. 41.
  79. ^ أ ب Anno, Yuki; Imakita, Yuki; Takei, Kuniharu; Akita, Seiji; Arie, Takayuki (2017). "Enhancement of graphene thermoelectric performance through defect engineering". 2D Materials. 4 (2): 025019. Bibcode:2017TDM.....4b5019A. doi:10.1088/2053-1583/aa57fc.
  80. ^ أ ب Mu, X.; Wu, X.; Zhang, T.; Go, D. B.; Luo, T. (2014). "Thermal transport in graphene oxide—from ballistic extreme to amorphous limit". Scientific Reports. 4: 3909. Bibcode:2014NatSR...4E3909M. doi:10.1038/srep03909. PMC 3904152. PMID 24468660.
  81. ^ Cataldi, Pietro; Cassinelli, Marco; Heredia Guerrero, Jose; Guzman-Puyol, Susana; Naderizadeh, Sara; Athanassiou, Athanassia; Caironi, Mario (2020). "Green Biocomposites for Thermoelectric Wearable Applications". Advanced Functional Materials. 30 (3): 1907301. doi:10.1002/adfm.201907301. S2CID 208760903.
  82. ^ Anno, Yuki; Takei, Kuniharu; Akita, Seiji; Arie, Takayuki (2014). "Artificially controlled synthesis of graphene intramolecular heterojunctions for phonon engineering". Physica Status Solidi RRL. 8 (8): 692–697. Bibcode:2014PSSRR...8..692A. doi:10.1002/pssr.201409210. S2CID 97144447.
  83. ^ Chen, Shanshan; Li, Qiongyu; Zhang, Qimin; Qu, Yan; Ji, Hengxing; Ruoff, Rodney S; Cai, Weiwei (2012). "Thermal conductivity measurements of suspended graphene with and without wrinkles by micro-Raman mapping". Nanotechnology. 23 (36): 365701. Bibcode:2012Nanot..23J5701C. doi:10.1088/0957-4484/23/36/365701. PMID 22910228.
  84. ^ Rowe 2005, Ch. 16, 39.
  85. ^ Rowe 2005, Ch. 39.
  86. ^ Rowe 2005, Ch. 49.
  87. ^ Minnich, A. J.; Dresselhaus, M. S.; Ren, Z. F.; Chen, G. (2009). "Bulk nanostructured thermoelectric materials: current research and future prospects". Energy & Environmental Science. 2 (5): 466. doi:10.1039/b822664b. S2CID 14722249.
  88. ^ Biswas, Kanishka; He, Jiaqing; Zhang, Qichun; Wang, Guoyu; Uher, Ctirad; Dravid, Vinayak P.; Kanatzidis, Mercouri G. (2011). "Strained endotaxial nanostructure with high thermoelectric figure of merit". Nature Chemistry. 3 (2): 160–6. Bibcode:2011NatCh...3..160B. doi:10.1038/nchem.955. PMID 21258390.
  89. ^ Zhao, Li-Dong; Lo, Shih-Han; Zhang, Yongsheng; Sun, Hui; Tan, Gangjian; Uher, Ctirad; Wolverton, C.; Dravid, Vinayak P.; Kanatzidis, Mercouri G. (2014). "Ultralow thermal conductivity and high thermoelectric figure of merit in SnSe crystals". Nature. 508 (7496): 373–7. Bibcode:2014Natur.508..373Z. doi:10.1038/nature13184. PMID 24740068. S2CID 205238132.
  90. ^ Zhang, H.; Talapin, D. V. (2014). "Thermoelectric Tin Selenide: The Beauty of Simplicity". Angew. Chem. Int. Ed. 53 (35): 9126–9127. doi:10.1002/anie.201405683. PMID 25044424.
  91. ^ أ ب ت Zhao, L-D.; Lo, S-H.; Zhang, Y.; Sun, H.; Tan, G.; Uher, C.; Wolverton, C.; Dravid, V.; Kanatzidis, M. (2014). "Ultralow thermal conductivity and high thermoelectric figure of merit in SnSe crystals". Nature. 508 (7496): 373–377. Bibcode:2014Natur.508..373Z. doi:10.1038/nature13184. PMID 24740068. S2CID 205238132.
  92. ^ Zhao, Li-Dong; Lo, Shih-Han; Zhang, Yongsheng; Sun, Hui; Tan, Gangjian; Uher, Ctirad; Wolverton, C.; Dravid, Vinayak P.; Kanatzidis, Mercouri G. (2014). "Ultralow thermal conductivity and high thermoelectric figure of merit in Sn Se crystals". Nature. 508 (7496): 373–377. Bibcode:2014Natur.508..373Z. doi:10.1038/nature13184. PMID 24740068. S2CID 205238132.
  93. ^ Bernardes-Silva, Ana Cláudia; Mesquita, A.F.; Neto, E. de Moura; Porto, A.O.; Ardisson, J.D.; Lima, G.M. de; Lameiras, F.S. (2005). "XRD and 119Sn Mossbauer spectroscopy characterization of SnSe obtained from a simple chemical route". Materials Research Bulletin. 40 (9): 1497–1505. doi:10.1016/j.materresbull.2005.04.021.
  94. ^ Chen, C-L.; Wang, H.; Chen, Y-Y.; Daya, T.; Snyder, G. J. (2014). "Thermoelectric properties of p-type polycrystalline SnSe doped with Ag" (PDF). J. Mater. Chem. A. 2 (29): 11171. doi:10.1039/c4ta01643b.
  95. ^ Irving, Michael (2021-08-03). "Extremely efficient thermoelectric material recycles waste heat". New Atlas (in الإنجليزية الأمريكية). Retrieved 2021-08-03.{{cite web}}: CS1 maint: url-status (link)
  96. ^ Yazdani, Sajad; Pettes, Michael Thompson (2018-10-26). "Nanoscale self-assembly of thermoelectric materials: a review of chemistry-based approaches". Nanotechnology. 29 (43): 432001. Bibcode:2018Nanot..29Q2001Y. doi:10.1088/1361-6528/aad673. ISSN 0957-4484. PMID 30052199.
  97. ^ He, Jian; Tritt, Terry M. (2017-09-29). "Advances in thermoelectric materials research: Looking back and moving forward". Science (in الإنجليزية). 357 (6358): eaak9997. doi:10.1126/science.aak9997. ISSN 0036-8075. PMID 28963228.
  98. ^ Wang, Liming; Zhang, Zimeng; Geng, Linxiao; Yuan, Tianyu; Liu, Yuchen; Guo, Juchen; Fang, Lei; Qiu, Jingjing; Wang, Shiren (2018). "Solution-printable fullerene/TiS2 organic/inorganic hybrids for high-performance flexible n-type thermoelectrics". Energy & Environmental Science. 11 (5): 1307–1317. doi:10.1039/c7ee03617e.
  99. ^ U.S. Department of Energy (2015). "Quadrennial Technology Review 2015, Chapter 6: Innovating Clean Energy Technologies in Advanced Manufacturing" (PDF). Retrieved 2020-11-17.
  100. ^ Kim, Fredrick; Kwon, Beomjin; Eom, Youngho; Lee, Ji Eun; Park, Sangmin; Jo, Seungki; Park, Sung Hoon; Kim, Bong-Seo; Im, Hye Jin (2018). "3D printing of shape-conformable thermoelectric materials using all-inorganic Bi2Te3-based inks". Nature Energy. 3 (4): 301–309. Bibcode:2018NatEn...3..301K. doi:10.1038/s41560-017-0071-2. S2CID 139489568.
  101. ^ Orrill, Michael; LeBlanc, Saniya (2017-01-15). "Printed thermoelectric materials and devices: Fabrication techniques, advantages, and challenges: REVIEW". Journal of Applied Polymer Science (in الإنجليزية). 134 (3). doi:10.1002/app.44256.
  102. ^ أ ب Zhang, Haidong; Hobbis, Dean; Nolas, George S.; LeBlanc, Saniya (2018-12-14). "Laser additive manufacturing of powdered bismuth telluride". Journal of Materials Research (in الإنجليزية). 33 (23): 4031–4039. Bibcode:2018JMatR..33.4031Z. doi:10.1557/jmr.2018.390. ISSN 0884-2914. S2CID 139907097.
  103. ^ Kim, Fredrick; Kwon, Beomjin; Eom, Youngho; Lee, Ji Eun; Park, Sangmin; Jo, Seungki; Park, Sung Hoon; Kim, Bong-Seo; Im, Hye Jin; Lee, Min Ho; Min, Tae Sik (April 2018). "3D printing of shape-conformable thermoelectric materials using all-inorganic Bi 2 Te 3 -based inks". Nature Energy (in الإنجليزية). 3 (4): 301–309. Bibcode:2018NatEn...3..301K. doi:10.1038/s41560-017-0071-2. ISSN 2058-7546. S2CID 139489568.
  104. ^ أ ب Champier, Daniel (2017). "Thermoelectric generators: A review of applications". Energy Conversion and Management. 140: 162–181. doi:10.1016/j.enconman.2017.02.070.
  105. ^ Tritt, Terry M.; Subramanian, M. A. (2011). "Thermoelectric Materials, Phenomena, and Applications: A Bird's Eye View". MRS Bulletin. 31 (3): 188–198. doi:10.1557/mrs2006.44.
  106. ^ Hinterleitner, B.; Knapp, I.; Poneder, M.; Shi, Yongpeng; Müller, H.; Eguchi, G.; Eisenmenger-Sittner, C.; Stöger-Pollach, M.; Kakefuda, Y.; Kawamoto, N.; Guo, Q. (2019-12-05). "Thermoelectric performance of a metastable thin-film Heusler alloy". Nature (in الإنجليزية). 576 (7785): 85–90. Bibcode:2019Natur.576...85H. doi:10.1038/s41586-019-1751-9. ISSN 0028-0836. PMID 31723266. S2CID 207988713.
  107. ^ "New material breaks world record for turning heat into electricity".
  108. ^ أ ب ت ث ج Fernández-Yáñez, P. (2021). "Thermal management of thermoelectric generators for waste energy recovery". Applied Thermal Engineering (published 2021-09-01). 196: 117291. doi:10.1016/j.applthermaleng.2021.117291.
  109. ^ Labudovic, M.; Li, J. (2004). "Modeling of TE cooling of pump lasers". IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies. 27 (4): 724–730. doi:10.1109/TCAPT.2004.838874. S2CID 32351101.
  110. ^ أ ب Yang, J. (2005). "Potential applications of thermoelectric waste heat recovery in the automotive industry". ICT 2005. 24th International Conference on Thermoelectrics, 2005. p. 170. doi:10.1109/ICT.2005.1519911. ISBN 978-0-7803-9552-7. S2CID 19711673.
  111. ^ Fairbanks, J. (2006-08-24) Thermoelectric Developments for Vehicular Applications, U.S. Department of Energy: Energy Efficiency and Renewable Energy.
  112. ^ Goldsmid, H.J.; Giutronich, J.E.; Kaila, M.M. (1980). "Thermoelectrics: Direct Solar Thermal Energy Conversion" (PDF). Solar Energy. 24 (5): 435–440. Bibcode:1980SoEn...24..435G. doi:10.1016/0038-092X(80)90311-4.

الفهرس

وصلات خارجية

تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=المواد_الكهروحرارية&oldid=2461713"