Sb2Te3 - viensienu nanocaurulīšu heterostruktūru sintēze, īpašības un izmantošana termoelektrisku paraugu izveidē

Abstract

Siltums, kas rodas gan kā dažādu enerģijas ieguves procesu blakusprodukts, kā arī izdalās dažādos industriālos un mājsaimniecības procesos, kuros notiek enerģijas patēriņš, lielākoties netiek izmantots lietderīgi, tieši pretēji – šādi siltuma zudumi vēl vairāk palielina enerģijas patēriņu. Termoelektriskie materiāli, kas spēj pārvērst siltumu elektrībā, ir viens no veidiem, kā palielināt enerģijas izmantošanas efektivitāti. Šobrīd īpaša pētnieku uzmanība tiek pievērsta termoelektriskām heterostruktūrām, kuras veido nanostrukturēti klasiskie termoelektriskie materiāli apvienojumā ar citiem materiāliem, piemēram, oglekļa nanocaurulītēm. Heterostruktūras piesaista ievērojamu uzmanību termoelektrisko materiālu izstrādē, jo tās spēj uzlabot šo materiālu veiktspēju. Tās ļauj savstarpēji kombinēt plašu materiālu klāstu, tostarp tos, kas paši par sevi var nebūt tik termoelektriski efektīvi, bet var dot savu ieguldījumu, ja tos apvieno ar citiem materiāliem. Šis darbs ir veltīts Sb2Te3 un SWCNT heterostruktūru sintēzei un izpētei, ar mērķi tās izmantot termoelektrisku ģeneratoru izveidē. Izpētītas heterostruktūru iekapsulēšanas metodes dažādos polimēros, ar iespēju tos gan aizsargāt no apkārtējās vides ietekmes, gan iegūt lokanus paraugus, kas var kalpot pielietojumiem uz dažādu liektu formu virsmām, kā arī noteikta iekapulēšanas ietekme uz paraugu termoelektriskajām īpašībām. Sb2Te3-SWCNT heterostruktūras izgatavotas, izgulsnējot Sb2Te3 uz SWCNT tīklojuma. Veikti paraugu pretestības un Zēbeka koeficienta mērījumi, kas ir vieni no svarīgākajiem parametriem termoelektrisko īpašību raksturošanā. Noteikts paraugu jaudas faktors. Darbā secināts, ka SWCNT termoelektrisku paraugu izveidē ir daudz labākas par līdz šim izmantotajām MWCNT, jo tās paaugstina paraugu Zēbeka koeficientu un samazina to pretestību. Šos rezultātus ir iespējams izmanot, lai veidotu efektīvākus termoelektriskos materiālus.

Heat, which is generated as a by-product of various energy production processes, as well as released in various industrial and household processes in which energy is consumed, is mostly not used effectively, on the contrary - such heat losses increase energy consumption even more. Thermoelectric materials, which can convert heat into electricity, are one way to increase the efficiency of energy use. Currently, researchers are paying special attention to thermoelectric heterostructures, which are formed by nanostructured classical thermoelectric materials in combination with other materials, such as carbon nanotubes. Heterostructures attract considerable attention in the development of thermoelectric materials because of their ability to improve the performance of these materials. They allow a wide range of materials to be combined with each other, including those that may not be as thermoelectrically efficient on their own, but can contribute when combined with other materials. This work is devoted to the synthesis and research of Sb2Te3 and SWCNT heterostructures, with the aim of using them in the creation of thermoelectric generators. The methods of encapsulation of heterostructures in various polymers have been studied, with the possibility of both protecting them from the influence of the surrounding environment and obtaining flexible samples that can be used for applications on surfaces of various curved shapes, as well as the effect of encapsulation on the thermoelectric properties of the samples has been determined. Sb2Te3-SWCNT heterostructures were fabricated by depositing Sb2Te3 on the SWCNT network. The resistance and Seebeck coefficient of the samples were measured, which are one of the most important parameters in the characterization of thermoelectric properties. The power factor of the samples is determined. The paper concludes that SWCNTs are much better than the MWCNTs used so far in the creation of thermoelectric samples, as they increase the Seebeck coefficient of the finished samples and reduce their resistance. These results can be used to create more efficient thermoelectric materials.