Studies of electronic structure and thermal properties of thermoelectric materials emphasising quantitative electron diffraction

摘要

Termoelektriske materialer er i stand til å gjøre om en strøm av varme mellom to varmekilder til elektrisk energi. Innen dette feltet ble det gjort mye forskning på 50 og 60 tallet. Dersom man sender strøm igjennom et termoelektrisk materiale oppnår man en motsatt effekt der man flytter varme fra en side av materialet til den andre siden. Interessen for termoelektriske materialer var derfor stor da de har mange potensielle områder for anvendelse, fra kjøleskap til produksjon av strøm fra spillvarme. Problemet var å lage termoelektriske moduler som er billige og effektive nok til å anvendes på stor skala. Spesielt de siste 10 årene har det vært en fornyet interesse for termoelektriske materialer, en utvikling som hovedsaklig har to årsaker. Den første er bekymringer knyttet til miljøkonsekvensene av verdens økende energiforbruk. Den andre årsaken er knyttet til mulighetene som oppstår når materialene kan struktureres på atomær skala. Begrensninger som tidligere eksisterte kunne nå omgås dersom man var istand til å strukturere materialene på nye måter. I dette arbeidet har fokuset vært på syntese og studier av billige og miljøvennlige materialer som kan benyttes i stor skala. Ved hjelp av elektronmikroskopi har vi prøvd ut nye teknikker for å studere de elektriske og termiske egenskapene til det termoelektriske materialet Mg2Si. Slike studier er viktig for å kunne fastslå hvordan man kan optimalisere de termoelektriske egenskapene. I tillegg har vi jobbet med det termoelektriske materialet ZnSb. Ved å danne små partikler av Zn3P2 i ZnSb og i tillegg dope materialet med kopper fikk vi en betydelig økning i den termoelektriske effektiviteten. En videre økning av effektiviteten til ZnSb er fullt mulig og kan gjøre dette materialet sammenlignbart med de beste termoelektriske materialene som vi har i dag.