Bismuta un antimona halkogenīdu / oglekļa nanocaurulīšu heterostruktūru sintēze, īpašības un pielietojumi lokanās termoelektriskās ierīcēs

Abstract

Uz lokanu vadošo polimēru nanokompozītu bāzes veidoti termoelektriskie ģeneratori ir viens no perspektīvākajiem valkājamu elektrisko ierīču enerģijas avotiem. Tomēr šo ģeneratoru izveidei problēmas galvenokārt sagādā n-tipa strāvu vadošo polimēru zemā stabilitāte. Šajā darbā tika izveidoti termoelektriskie nanokompozīti un ģenerators uz strāvu nevadošu polimēru bāzes kā veiksmīga alternatīva nanokompozītiem, kas veidoti no strāvu vadošajiem polimēriem. Par termoelektrisko pildvielu tika izmantotas Bi2Se3 un Sb2Te3 un oglekļa nanocaurulīšu (CNT) heterostruktūras, kuru īpašības pēdējā laikā arvien biežāk piesaista pētnieku uzmanību arī citur pasaulē. Bi2Se3 un Sb2Te3 nanostruktūras tika sintezētas uz CNT tīklojumiem, izmantojot bezkatalizatora fizikālo tvaiku nogulsnēšanas metodi. Iegūtās Bi2Se3/CNT un Sb2Te3/CNT heterostruktūras tika iemaisītas un iekapsulētas strāvu nevadošu polimēru matricās. Iegūto heterostruktūru un nanokompozītu morfoloģija un ķīmiskais sastāvs tika analizēts, izmantojot skenējošo un transmisijas elektronu mikroskopiju un enerģijas dispersīvo rentgenstaru analīzi. Termoelektriskās un elektriskās īpašības tika mērītas ar laboratorijā veidotu iekārtu un fizikālo īpašību mērījumu sistēmu. Tika salīdzinātas polimēru nanokompozītu īpašības pēc heterostruktūru iemaisīšanas un iekapsulēšanas polimēros un analizēti to pielietojumi termoelektriskās ierīcēs.

Thermoelectric generators based on flexible conductive polymer nanocomposites are one of the most promising energy sources for wearable electronic devices. However, the low stability of n-type conductive polymers is a major problem for the further development of these generators. In this work thermoelectric nanocomposites and a generator based on non-conductive polymers were developed as a successful alternative to nanocomposites based on conductive polymers. Hybrid structures of Bi2Se3 and Sb2Te3 and carbon nanotubes (CNTs) were used as thermoelectric filler, the properties of which have recently attracted the attention of researchers in other parts of the globe. Bi2Se3 and Sb2Te3 nanostructures were synthesized on CNT networks via a catalyst-free vapour-solid deposition technique. The obtained Bi2Se3/CNT and Sb2Te3/CNT hybrid structures were mixed and encapsulated in non-conductive polymer matrices. The morphology and chemical composition of the obtained hybdrid structures and nanocomposites were analyzed by using scanning and transmission electron microscopy and energy dispersive X-ray analysis. Thermoelectric and electrical properties were measured with a laboratory-made experiment setup and a physical property measurement system. The properties of polymer nanocomposites after mixing and encapsulation of hybrid structures in polymers were compared and their applications in thermoelectric devices were analyzed.