Termoelektryczność jest zjawiskiem polegającym na sprzężeniu transportu nośników ładunku (zwykle elektronów) z transportem ciepła. W niektórych materiałach efekt termoelektrycznych jest na tyle silny, że mogą one być zastosowane w urządzeniach termoelektrycznych, w których wykorzystuje się prąd elektryczny do transportu ciepła. Urządzenia te stosuje się np. w przenośnych lodówkach czy radioizotopowych generatorach termoelektrycznych, często stosowanych w pojazdach kosmicznych. Jednym z takich materiałów jest selenek miedzi (Cu2Se).
Inną ciekawą własnością selenku miedzi jest zmiana struktury materiału ok. 130°C. W tym przejściu jony miedzi są uwalniane ze swoich pozycji w strukturze krystalicznej i zachowują się jak płyn. W tej formie mają one stosunkowo dużą ruchliwość. W konsekwencji, jony Cu+ mogą przewodzić prąd elektryczny oraz wykazują własny efekt termoelektryczny, różny od efektu termoelektrycznego związanego z elektronami. Elektronowe i jonowe zjawiska transportu są związane ze sobą przez jeden gradient temperatury i jedno pole elektryczne występujące w materiale. Wspomniane przejście nie zostało jeszcze w pełni zbadane i wyjaśnione. Na przykład, w naszych badaniach wstępnych zaobserwowaliśmy, że przewodność elektryczna i współczynnik Seebecka (miara efektu termoelektrycznego) różnią się pomiędzy pomiarami prowadzonymi w trakcie grzania i chłodzenia.
Zjawiska termoelektryczne związane z jonami są brakującym elementem wiedzy o materiałach termoelektrycznych przewodzących jonowo. Istnieje tylko jedno doniesienie naukowe o pomiarach jonowych właściwości termoelektrycznych w selenku miedzi. Pomiar ten był wykonany powyżej 300°C. Mając na uwadze, że w trakcie przemiany zmienia się uporządkowanie jonów miedzi, badania jonowych zjawisk termoelektrycznych są istotne dla pełnego zrozumienia tej przemiany. W urządzeniach do pomiarów elektrycznych stosuje się zwykle części z metali, które przewodzą elektrony. To czyni aparaturę czułą na właściwości związane z elektronami. Do pomiarów właściwości jonowych musimy wytworzyć aparaturę z elektrodami przewodzącymi tylko jony.
Mając to urządzenie, przeprowadzimy pomiary zjawisk termoelektrycznych, zarówno elektronowych, jaki i jonowych, w różnych cyklach temperaturowych. Dzięki temu dowiemy się, jak parametry termoelektryczne zmieniają się z czasem i temperaturą i poszukamy stabilnych wartości. Sprawdzimy też, czy otrzymywane wyniki są powtarzalne Równolegle będą prowadzone badania struktury materiału. Będziemy poszukiwać zależności między strukturą i właściwościami termoelektrycznymi, aby wyjaśnić ich zmiany w trakcie przemiany.
Pomiary jonowe będą prowadzone nie tylko w temperaturach bliskich przemianie, ale także w wyższych, w których selenek miedzi będzie pracował w przypadku zastosowań w urządzeniach termoelektrycznych. Właściwości Cu2Se zależą od niedoboru miedzi (mniej niż 2 we wzorze stechiometrycznym). Poza tym, dodatki mogą być użyte do modyfikacji materiału. Na przykład, stwierdzono, że selenek miedzi z dodatkiem indu jest bardziej stabilny. Zostaną zbadane materiały z różnym niedoborem miedzi oraz takie, w których niektóre atomy Cu zostały zmienione na srebro lub ind oraz niektóre atomy Se na tellur. Sprawdzimy, jak te modyfikacje wpływają na jonowe właściwości transportowe materiału i jego stabilność.
Informacje szczegółowe
- Akronim projektu:
- THERMION
- Program finansujący:
- PRELUDIUM
- Instytucja:
- Narodowe Centrum Nauki (NCN) (National Science Centre)
- Porozumienie:
- UMO-2020/37/N/ST3/03892 z dnia 2021-01-22
- Okres realizacji:
- 2021-01-22 - 2023-10-21
- Kierownik projektu:
- dr inż. Bartosz Jakub Trawiński
- Członkowie zespołu:
-
- Opiekun naukowy prof. dr hab. inż. Bogusław Kusz
- Realizowany w:
- Zakład nowych materiałów funkcjonalnych do konwersji energii
- Wartość projektu:
- 139 800.00 PLN
- Typ zgłoszenia:
- Krajowy Program Badawczy
- Pochodzenie:
- Projekt krajowy
- Weryfikacja:
- Brak weryfikacji
Publikacje powiązane z tym projektem
Filtry
wszystkich: 2
Katalog Projektów
Rok 2023
-
Ionic thermoelectric effect in Cu2-δSe during phase transition
PublikacjaThe ionic Seebeck coefficient was studied in copper selenide with Cu1.99Se, Cu1.95Se and Cu1.8Se stoichiometry which was synthesized with a melt crystallization method. To measure the ionic Seebeck coefficient of copper ions, 0.15C6H12N4CH3I + 0.85CuI solid-state electrolyte was prepared. Electrolyte layers were pressed with copper selenide powder into a sandwich-like structure. At the temperature of 410 K, the materials have ionic...
Rok 2021
-
The unstable thermoelectric effect in non-stoichiometric Cu2Se during the non-equilibrium phase transition
PublikacjaThe superionic α ↔ β phase transition in Cu1.96Se thermoelectric material is investigated by means of thermal analysis (DSC) and measurements of Seebeck coefficient and electrical conductivity. Results of the DSC measurements with 1–10 K/min heating and cooling rates show that the material is close to the equilibrium phase composition during the transformation. However, the kinetic limitation of the process exists, which is indicated...
wyświetlono 1721 razy