Termoelektriset nanokomposiitit

Termoelektriset materiaalit ovat yhä tärkeämpiä tulevaisuudessa pyrittäessä suurempaan energiatehokkuuteen. Hukkalämmön ja muilla keinoilla hyödyntämättömissä olevan lämmön talteenotto sähköenergian muodossa kasvattaa esimerkiksi hybridiautojen hyötysuhdetta ja rakennusten energiatehokkuutta. Tehokkaat termoelektriset laitteet ovat hyödyllisiä myös kaikissa sovelluksissa, joissa halutaan tuottaa tietty lämpötilaero tarkasti hankalissa paikoissa, missä resistiivinen lämmitys ei ole mahdollista. Erilaisilla nanokomposiittirakenteilla on pyritty pienentämään materiaalin lämmönjohtavuutta. Rajapinnat ja epäjatkuvuudet sirottavat hilavärähtelykvantteja eli fononeja, ja tuottamalla materiaaliin eri mittaluokkien kidevirheitä voidaan vaikuttaa lämmönjohtavuuteen merkittävästi. Tutkielman kirjallisuuskatsauksessa käsitellään dimensionaalisuuden vaikutusta materiaalin termoelektrisiin ominaisuuksiin ja eri rakenteiden hyödyntämistä termoelektrisissä sovelluksissa, sekä muutamia esimerkkejä termoelektrisistä nanokomposiittimateriaaleista. Kokeellisessa osassa tutkittiin erilaisia atomikerroskasvatuksella (ALD) valmistettuja Bi2Te3/Al2O3- ja Bi2Te3/polyimidi-nanorakenteita. Näytteiden koostumusta ja rakennetta analysoitiin eri menetelmillä: komposiittinäytteissä havaittiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) Bi2Te3-ohutkalvoille ominaista morfologiaa ja kalvot olivat melko karkeita. XRD:llä havaittiin materiaalille ominaisia kidetasoja, joiden intensiteettisuhteet poikkesivat kirjallisuuden bulkkinäytteistä huomattavasti. Komposiittirakenteen tutkimisessa läpivalaisuelektronimikroskopia (TEM) oli välttämätön menetelmä. Termoelektrisiä ominaisuuksia tutkittiin TDTR-menetelmällä ja Seebeckin kertoimia mittaamalla. Kerrospaksuuksia säätelemällä pystyttiin kasvattamaan sekä nanolaminaatteja että nanodispersioita. Pienemmillä kerrospaksuuksilla kalvot olivat dispersiomaisia ja suuremmilla kerrospaksuuksilla laminaatteja. Nanokomposiittirakenteen havaittiin pienentävän kalvon lämmönjohtavuutta jopa kaksi kolmasosaa. Samalla tosin Seebeckin kerroin pieneni pelkkään Bi2Te3-kalvoon verrattuna.

Grantor dc:publisher

Helsingfors universitet

Year dc:date.issued

2016

Author dc:creator

• Kivi, Sami

Contributors dc:contributor

• Helsingin yliopisto, Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, Kemian laitos
• University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Chemistry
• Helsingfors universitet, Matematisk-naturvetenskapliga fakulteten, Kemiska institutionen

Language dc:language.iso

fin

Identifier URI

URN:NBN:fi-fe2017112251072

OAI identifier oai:identifier

oai:helda.helsinki.fi:10138/169920