Ar bismuta un atntimona halkogenīdu un CNT heterostruktūrām modificētu polimēru nanokompozītu izgatavošana, raksturošana un pielietojums termoelektriskās ierīcēs

Abstract

Termoelektriski nanokompozīti, kas modificēti ar oglekļa nanocaurulītēm (CNT), ir pēdējos gados interesi izraisījis pētījumu lauks, galvenokārt saistībā ar to potenciālo pielietojumu elastīgu elektroierīču, tai skaitā termoelektrisko ierīču, ražošanā. Tomēr, salīdzinot neorganiskajiem termoelektriskajiem materiāliem, uz polimēriem bāzētas termoelektriskās ierīces ievērojami atpaliek termoelektriskajā efektivitātē. Šajā darbā uz polimēru bāzes veidoti nanokompozīti tika modificēti ar CNT, uz kurām uzsintezēts Bi2Se3 un Sb2Te3, plaši pielietoti n- un p-tipa pusvadītāji, kas piesaistījuši pētnieku uzmanību ar izcilām termoelektriskajām un topoloģisko dielektriķu īpašībām. Bi2Se3 un Sb2Te3 nanostruktūras tika sintezētas ar bezkatalizatora fizikālo tvaiku nogulsnēšanas metodi. Iegūtās Bi2Se3/CNT un Sb2Te3/CNT heterostruktūras tika iemaisītas PEDOT:PSS un PVS polimēru matricās. Iegūto heterostruktūru nanokompozītu morfoloģija un ķīmiskais sastāvs tika analizēts, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopiju un enerģijas dispersīvo rentgenstaru spektroskopiju. To termoelektriskās un elektriskās īpašības tika analizētas ar laboratorijā veidotu iekārtu, fizikālo īpašību mērījumu sistēmu (PPMS) un potenciostatu. Ar Bi2Se3/CNT un Sb2Te3/CNT modificēti nanokompozīti tika salīdzināti ar citiem termoelektriskajiem nanokompozītiem. Tika analizēti potenciāli nanokompozītu pielietojumi termoelektriskās ierīcēs. Termoelektriski nanokompozīti, kas modificēti ar oglekļa nanocaurulītēm (CNT), ir pēdējos gados interesi izraisījis pētījumu lauks, galvenokārt saistībā ar to potenciālo pielietojumu elastīgu elektroierīču, tai skaitā termoelektrisko ierīču, ražošanā. Tomēr, salīdzinot neorganiskajiem termoelektriskajiem materiāliem, uz polimēriem bāzētas termoelektriskās ierīces ievērojami atpaliek termoelektriskajā efektivitātē. Šajā darbā uz polimēru bāzes veidoti nanokompozīti tika modificēti ar CNT, uz kurām uzsintezēts Bi2Se3 un Sb2Te3, plaši pielietoti n- un p-tipa pusvadītāji, kas piesaistījuši pētnieku uzmanību ar izcilām termoelektriskajām un topoloģisko dielektriķu īpašībām. Bi2Se3 un Sb2Te3 nanostruktūras tika sintezētas ar bezkatalizatora fizikālo tvaiku nogulsnēšanas metodi. Iegūtās Bi2Se3/CNT un Sb2Te3/CNT heterostruktūras tika iemaisītas PEDOT:PSS un PVS polimēru matricās. Iegūto heterostruktūru nanokompozītu morfoloģija un ķīmiskais sastāvs tika analizēts, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopiju un enerģijas dispersīvo rentgenstaru spektroskopiju. To termoelektriskās un elektriskās īpašības tika analizētas ar laboratorijā veidotu iekārtu, fizikālo īpašību mērījumu sistēmu (PPMS) un potenciostatu. Ar Bi2Se3/CNT un Sb2Te3/CNT modificēti nanokompozīti tika salīdzināti ar citiem termoelektriskajiem nanokompozītiem. Tika analizēti potenciāli nanokompozītu pielietojumi termoelektriskās ierīcēs.

In recent years thermoelectric (TE) nanocomposites modified with carbon nanotubes (CNTs) has been a widely studied field due to their potential applications in flexible electronics, including thermoelectric devices. However, compared to inorganic thermoelectric materials, polymer-based thermoelectric devices significantly lack the thermoelectric efficiency. In this work polymer based nanocomposites were modified with CNT’s coated with Bi2Se3 and Sb2Te3, well known n- and p-type thermoelectric materials with a narrow band gap and with topological insulator (TI) properties. Bi2Se3 and Sb2Te3 nanostructures were synthesised via catalyst-free vapour-solid deposition technique. The Bi2Se3/CNT and Sb2Te3/CNT heterostructures were then melt processed into PEDOT:PSS and PVA polymer matrices. The morphology of the heterosteructures and the nanocomposites was investigated using scanning electron microscopy as well as energy-dispersive X-ray analysis. The electric and thermoelectric properties of the nanocomposites were studied using a home-made experimental setup, a physical property measurement system and a potentiostat. Bi2Se3/CNT and Sb2Te3/CNT modified nanocomposites were compared to other nanocomposites. Possible applications in thermoelectric devices are discussed.