Grant NAWA PPN/BFR/2020/1/00006
Kierownik projektu dr hab inż. Piotr Bujak
Okres realizacji: 01.01.2021 – 30.12.2023
Przyznana kwota: 18 500,00 złc
Streszczenie: Opracowanie nowych materiałów termoelektrycznych pozwala na przemianę bezpowrotnie traconej energii cieplnej na energie elektryczną. Materiały termoelektryczne charakteryzowane są najczęściej poprzez bezwymiarowy współczynnik dobroci termoelektrycznej opisywany równaniem zT = S²sT/k, gdzie S to współczynnik Seebecka, s – konduktywność, k – przewodnictwo cieplne. Termoelektryki powinny więc charakteryzować się dużą wartością współczynnika Seebecka i konduktywności, ale równocześnie małą wartością przewodnictwa cieplnego. Zastosowanie nanomateriałów o postaci izotropowej (nanosfery) lub anizotropowej (nanodruty) oraz ich nanostrukturyzacja (np. osadzenie w postaci uporządkowanych wielowarstw) pozwala na otrzymanie termoelektryków charakteryzujących współczynnikiem zT przekraczającym 2. Najlepsze materiały termoelektryczne często zawierają toksyczne pierwiastki takie jak Pb czy Sb. Co więcej w stosunkowo niskich temperaturach (<200°C) tylko nieliczne termoelektryki charakteryzują się dobrym współczynnikiem zT, a wśród nich, Bi2Te3. Nanokrystaliczne formy półprzewodników często charakteryzują się znacznie lepszymi właściwościami termoelektrycznymi w porównaniu z makromateriałami o tym samym składzie chemicznym. Co więcej, ich właściwości fizyczne można modyfikować w szerokim zakresie poprzez zmianę ich składu (nanokryształy stopowe), wielkości i postaci chemicznej powierzchni. Innymi czynnikami stymulującymi rozwój badań nanokryształow jako termoelektryków nowego typu jest możliwość ich syntezy w temperaturach bliskich temperaturze pokojowej. Współpracujące grupy (polska i francuska) w swoich pracach badawczych zwróciły uwagę na trójskładnikowe nanokryształy (Cu-Fe-S), które w zależności od sposobu przygotowania ich powierzchni mogły wykazywać właściwości termoelektryczne typu n lub p, przy współczynniku zT = 0,13 w temperaturze 343 °C (typ n) i 0,18 w 400 °C (typ p). Te obiecujące wyniki stymulują nasze dalsze badania w tym kierunku, które będą skoncentrowane na uzyskaniu możliwie najwyższej wartości zT oraz syntezie nanokryształów o wyższej konduktancji, przy zachowaniu małej wartości przewodnictwa cieplnego.
