Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh Fabian Garmroudi telah berhasil memproduksi bahan termoelektrik baru yang efisien yang dapat bersaing dengan bahan canggih, menawarkan stabilitas yang lebih besar dan biaya yang lebih rendah.
Bahan termoelektrik memungkinkan konversi langsung panas menjadi energi listrik. Ini membuat mereka sangat menarik bagi “Internet of Things” yang muncul, misalnya untuk pasokan energi mikrosensor otonom dan komponen elektronik kecil lainnya. Untuk membuat bahan lebih efisien, pada saat yang sama transportasi panas melalui getaran kisi harus ditekan dan mobilitas elektron meningkat – rintangan yang sering menghambat penelitian sampai sekarang.
Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh Fabian Garmroudi kini telah berhasil menggunakan metode baru untuk mengembangkan bahan hibrida yang mencapai kedua tujuan – mengurangi koherensi getaran kisi dan peningkatan mobilitas pembawa muatan. Kuncinya: Campuran dua bahan dengan sifat elektronik mekanis tetapi serupa yang berbeda. Karya ini baru -baru ini diterbitkan di jurnal Komunikasi Alam .
Properti baru melalui kombinasi bahan baru
Bahan termoelektrik yang baik adalah bahan yang menghantarkan listrik dengan baik di satu sisi, tetapi transportasi panas seburuk mungkin di sisi lain – kontradiksi yang jelas, karena konduktor listrik yang baik umumnya juga merupakan konduktor panas yang baik.
“Dalam materi padat, panas ditransfer baik oleh pembawa muatan seluler dan dengan getaran atom -atom di kisi kristal. Dalam bahan termoelektrik, kami terutama mencoba untuk menekan transportasi panas melalui getaran kisi, karena mereka tidak berkontribusi pada laboratorium energi,” jelas Airdosco Garmroudi, yang memperoleh gelar doktoral di Tu dan tidak ada yang bekerja di Tu Pospoor. (AS). Dalam beberapa dekade terakhir, penelitian material telah mengembangkan metode canggih untuk merancang bahan termoelektrik dengan konduktivitas termal yang sangat rendah.
“Didukung oleh Lions Award, saya dapat mengembangkan bahan hibrida baru di Institut Nasional untuk Ilmu Bahan di Jepang yang menunjukkan sifat termoelektrik yang luar biasa,” kenang Garmroudi tentang penelitiannya tetap di Tsukuba (Jepang), yang ia selesaikan sebagai bagian dari karyanya di TU Wien. Secara khusus, bubuk paduan besi, vanadium, tantalum dan aluminium (Fe2 0,95Menghadap0.1Al0.95) dicampur dengan bubuk bismut dan antimon (BI0.9SB0.1) dan ditekan ke dalam bahan kompak di bawah tekanan dan suhu tinggi. Namun, karena sifat kimia dan mekaniknya yang berbeda, kedua komponen tidak bercampur pada tingkat atom. Sebaliknya, bahan BISB secara istimewa diendapkan pada antarmuka berukuran mikrometer antara kristal paduan fevtaal.
Memisahkan panas dan pengangkutan muatan
Struktur kisi dari dua bahan, dan oleh karena itu juga getaran kisi kuantum yang diizinkan secara mekanis, sangat berbeda sehingga getaran termal tidak dapat dengan mudah ditransfer dari satu kristal ke kristal lainnya. Oleh karena itu perpindahan panas sangat terhambat pada antarmuka. Pada saat yang sama, pergerakan pembawa muatan tetap tidak terhalang karena struktur elektronik yang sama dan bahkan secara signifikan dipercepat di sepanjang antarmuka. Alasannya: bahan BISB membentuk fase isolator topologi yang disebut-kelas khusus bahan kuantum yang isolasi di dalam tetapi memungkinkan transportasi muatan yang hampir bebas kerugian di permukaan.
Decoupling panas dan pengisian daya yang ditargetkan ini memungkinkan tim untuk meningkatkan efisiensi material lebih dari 100 %. “Ini memberi kami langkah besar lebih dekat dengan tujuan kami untuk mengembangkan bahan termoelektrik yang dapat bersaing dengan senyawa yang tersedia secara komersial berdasarkan bismuth telluride,” kata Garmroudi. Yang terakhir ini dikembangkan pada tahun 1950 -an dan masih dianggap sebagai standar emas termoelektrik saat ini. Keuntungan besar dari bahan hibrida baru adalah bahwa mereka secara signifikan lebih stabil dan juga lebih murah.
Publikasi asli
Garmroudi, F., Serhiienko, I., Parzer, M., Ghosh, S., Ziolkowski, P., Oppitz, G., … & Mori, T. (2025). Muatan yang dipisahkan dan transportasi panas dalam termoelektrik komposit Fe2Val dengan jaringan batas butir yang menginsulasi topologi. Nature Communications, 16 (1), 2976. Https://doi.org/10.1038/s41467-025-57250-6.
