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En un estudio reciente, un equipo de investigación de los Institutos Hefei de Ciencias Físicas de la Academia de Ciencias de China logró un mayor rendimiento termoeléctrico del telururo de plomo tipo n (PbTe) al ajustar la estructura de la banda y mejorar la dispersión de fonones. Los resultados fueron publicados en Nanoescale.

“Hemos aumentado el material factor de potencia y disminuido conductividad térmica”, dijo el profesor Qin Xiaoying, quien dirigió el equipo.

PbTe es uno de los más prometedores de temperatura media materiales termoeléctricos. Sin embargo, los materiales de PbTe de tipo n tienen una cifra de mérito termoeléctrica más baja en comparación con los materiales de PbTe de tipo p. Esto se debe principalmente al gran cambio de energía entre las bandas ligeras y pesadas en la banda de conducción de PbTe, lo que dificulta lograr la simplificación de la banda de energía en PbTe de tipo n, lo que resulta en un factor de potencia más bajo. Por lo tanto, se necesitan estudios más profundos y sistemáticos para mejorar de manera efectiva y significativa el rendimiento termoeléctrico del PbTe de tipo n.

Ahora, los investigadores construyeron el Pb_0.97Sb_0.03Te + y peso. %Cu₁₂Sb₄S₁₃(y=0,1.25,1.5,1.75) sistema compuesto. Esto se logró dopando la matriz de PbTe con elementos de antimonio (Sb) e introduciendo una pequeña cantidad de Cu₁₂Sb₄S₁₃ nanopartículas. Thy también utilizó la reacción in situ para construir una nanofase semicoherente.

Este estudio se centra en optimizar la concentración de portadores en PbTe de tipo n mediante el dopaje del elemento huésped, al tiempo que combina la ingeniería de banda de energía/los efectos de filtrado de energía para mejorar su propiedades eléctricas.

Sobre esta base, se utilizaron reacciones in situ para construir nanofases semicoherentes e introducir defectos multiescala para dispersar fonones. Esto les permitió mejorar el factor de potencia, reducir la conductividad térmica y, por lo tanto, aumentar la figura de mérito termoeléctrica (ZT).

Descubrieron que la muestra compuesta Pb_0.97Sb_0.03Te + 1.5 en peso. %Cu₁₂Sb₄S₁₃ tenía excelentes propiedades termoeléctricas con un ZT de 1.58 (773 K), una mejora de alrededor del 75 % en comparación con el Pb_0.97Sb_0.03Tú.

Este trabajo demostró la incorporación de Cu₁₂Sb₄S₁₃ nanopartículas fue una forma efectiva de mejorar las propiedades termoeléctricas del Pb_0.97Sb_0.03Te, que fue de gran importancia para el estudio de la regulación de las propiedades termoeléctricas de tipo n PbTe.