SKUTTERUDITE: Ein Phonon-Glas-Elektron-Kristall-Ansatz für fortschrittliche Anwendungen der thermoelectricen Energieumwandlung

▪ Zusammenfassung Kürzlich gab es eine Wiederbelebung der Forschungsbemühungen, die sich mit der Untersuchung neuer und neuartiger Materialien für die thermoelectricen Kühlung und Energieerzeugung im Kleinmaßstab befassen. Diese Materialien müssen eine Vielzahl von Eigenschaften koppeln und optimieren, um die erforderliche Gütezahl zu zeigen, d.h. den numerischen Ausdruck, der üblicherweise verwendet wird, um ein potenzielles thermoelectrices Material mit einem anderen zu vergleichen. Die Gütezahl ist mit dem Leistungskoeffizienten oder der Effizienz eines bestimmten Geräts, das aus einem Material besteht, verbunden. Das beste thermoelectric Material sollte thermische Eigenschaften ähnlich einem Glas und elektrische Eigenschaften ähnlich einem perfekten Einkristallmaterial besitzen, d.h. einen schlechten Wärmeleiter und einen guten elektrischen Leiter. Skutterudite sind Materialien, die das Potenzial haben, solche Kriterien zu erfüllen. Diese Materialien zeigen viele Arten interessanter Eigenschaften. Zum Beispiel sind Skutterudite Mitglieder einer Familie von Verbindungen, die wir als offene Struktur oder käfigartige Materialien bezeichnen. Wenn Atome in die interstitiellen Hohlräume oder Käfige dieser Materialien eingefügt werden, kann die Gitterwärmeleitfähigkeit im Vergleich zu unbefüllten Skutteruditen wesentlich reduziert werden. Diese Verbindungen zeigen elektrische Eigenschaften, die von denen von Supraleitern bei niedrigen Temperaturen bis zu Halbleitern mit schmalen Bandlücken reichen.