Materiales termoeléctricos

Materiales cuya variación de temperatura conduce a un cambio de voltaje.

Los materiales termoeléctricos ^{[1] [2]} muestran el efecto termoeléctrico en una forma fuerte o conveniente.

El efecto termoeléctrico se refiere a fenómenos por los cuales una diferencia de temperatura crea un potencial eléctrico o una corriente eléctrica crea una diferencia de temperatura. Estos fenómenos se conocen más específicamente como efecto Seebeck (crear un voltaje a partir de la diferencia de temperatura), efecto Peltier (impulsar el flujo de calor con una corriente eléctrica) y efecto Thomson (calentamiento o enfriamiento reversible dentro de un conductor cuando hay una corriente eléctrica y un gradiente de temperatura). Si bien todos los materiales tienen un efecto termoeléctrico distinto de cero, en la mayoría de los materiales es demasiado pequeño para ser útil. Sin embargo, también se consideran materiales de bajo costo que tienen un efecto termoeléctrico suficientemente fuerte (y otras propiedades requeridas) para aplicaciones que incluyen generación de energía y refrigeración . El material termoeléctrico más utilizado se basa en telururo de bismuto ( Bi
₂te
₃).

Los materiales termoeléctricos se utilizan en sistemas termoeléctricos para refrigeración o calefacción en aplicaciones específicas y se están estudiando como una forma de regenerar electricidad a partir del calor residual. ^[3] La investigación en este campo todavía está impulsada por el desarrollo de materiales, principalmente en la optimización del transporte y las propiedades termoeléctricas. ^[4]

Figura de mérito termoeléctrica

La utilidad de un material en sistemas termoeléctricos está determinada por la eficiencia del dispositivo. Esto está determinado por la conductividad eléctrica del material ( σ ), la conductividad térmica ( κ ) y el coeficiente de Seebeck (S), que cambian con la temperatura ( T ). La eficiencia máxima del proceso de conversión de energía (tanto para generación de energía como para enfriamiento) en un punto de temperatura dado en el material está determinada por el factor de mérito de los materiales termoeléctricos , dado por ^{[1] [5] [6]} ${\displaystyle zT}$

$${\displaystyle zT={\sigma S^{2}T \over \kappa }.}$$

Eficiencia del dispositivo

La eficiencia de un dispositivo termoeléctrico para la generación de electricidad está dada por , definida como ${\displaystyle \eta }$

$${\displaystyle \eta ={{\text{energy provided to the load}} \over {\text{heat energy absorbed at hot junction}}}.}$$

La eficiencia máxima de un dispositivo termoeléctrico generalmente se describe en términos de su figura de mérito del dispositivo , donde la eficiencia máxima del dispositivo viene dada aproximadamente por ^[7] ${\displaystyle ZT}$

$${\displaystyle \eta _{\mathrm {max} }={T_{\rm {H}}-T_{\rm {C}} \over T_{\rm {H}}}{{\sqrt {1+Z{\bar {T}}}}-1 \over {\sqrt {1+Z{\bar {T}}}}+{T_{\rm {C}} \over T_{\rm {H}}}},}$$

${\displaystyle T_{\rm {H}}}$ ${\displaystyle T_{\rm {C}}}$ ${\displaystyle {\bar {T}}}$ ${\displaystyle T_{\rm {H}}}$ ${\displaystyle T_{\rm {C}}}$

Para una sola pata termoeléctrica, la eficiencia del dispositivo se puede calcular a partir de las propiedades dependientes de la temperatura S , κ y σ y el flujo de calor y corriente eléctrica a través del material. ^{[8] [9] [10]} En un dispositivo termoeléctrico real, se utilizan dos materiales (normalmente uno de tipo n y otro de tipo p) con interconexiones metálicas. Luego, la eficiencia máxima se calcula a partir de la eficiencia de ambos tramos y las pérdidas eléctricas y térmicas de las interconexiones y los alrededores. ${\displaystyle \eta _{\mathrm {max} }}$

Haciendo caso omiso de estas pérdidas y dependencias de la temperatura en S , κ y σ , una estimación inexacta viene dada por ^{[1] [5]} ${\displaystyle ZT}$

$${\displaystyle Z{\bar {T}}={(S_{p}-S_{n})^{2}{\bar {T}} \over [(\rho _{n}\kappa _{n})^{1/2}+(\rho _{p}\kappa _{p})^{1/2}]^{2}}}$$

${\displaystyle \rho }$ ${\displaystyle S_{p}=-S_{n}}$ ${\displaystyle Z{\bar {T}}=z{\bar {T}}}$

Dado que los dispositivos termoeléctricos son motores térmicos, su eficiencia está limitada por la eficiencia de Carnot , el primer factor en , mientras que determina la máxima reversibilidad del proceso termodinámico a nivel global y local, respectivamente. Independientemente, el coeficiente de rendimiento de los refrigeradores termoeléctricos comerciales actuales oscila entre 0,3 y 0,6, una sexta parte del valor de los refrigeradores tradicionales por compresión de vapor. ^[11] ${\displaystyle {\frac {T_{\rm {H}}-T_{\rm {C}}}{T_{\rm {H}}}}}$ ${\displaystyle \eta _{\mathrm {max} }}$ ${\displaystyle ZT}$ ${\displaystyle zT}$

Factor de potencia

A menudo, el factor de potencia termoeléctrica se informa para un material termoeléctrico, dado por

$${\displaystyle \mathrm {Power~factor} =\sigma S^{2}[W/m/K^{2}]}$$

Scoeficiente de Seebeckσconductividad eléctrica

Aunque a menudo se afirma que los dispositivos TE con materiales con un factor de potencia más alto son capaces de "generar" más energía (mover más calor o extraer más energía de esa diferencia de temperatura), esto sólo es cierto para un dispositivo termoeléctrico con geometría fija y calor ilimitado. fuente y enfriamiento. Si la geometría del dispositivo está diseñada de manera óptima para la aplicación específica, los materiales termoeléctricos funcionarán con su máxima eficiencia, que está determinada por su no . ^[12] ${\displaystyle zT}$ ${\displaystyle \sigma S^{2}}$

Aspectos de la elección de materiales.

Para una buena eficiencia, se necesitan materiales con alta conductividad eléctrica, baja conductividad térmica y alto coeficiente de Seebeck.

Densidad del estado electrónico: metales vs semiconductores

La estructura de bandas de los semiconductores ofrece mejores efectos termoeléctricos que la estructura de bandas de los metales.

La energía de Fermi está por debajo de la banda de conducción , lo que hace que la densidad de estado sea asimétrica alrededor de la energía de Fermi. Por lo tanto, la energía promedio de los electrones de la banda de conducción es mayor que la energía de Fermi, lo que hace que el sistema sea propicio para el movimiento de cargas hacia un estado de menor energía. En cambio, en los metales la energía de Fermi se encuentra en la banda de conducción. Esto hace que la densidad de estado sea simétrica con respecto a la energía de Fermi, de modo que la energía promedio de los electrones de conducción esté cerca de la energía de Fermi, lo que reduce las fuerzas que impulsan el transporte de carga. Por tanto, los semiconductores son materiales termoeléctricos ideales. ^[13]

Conductividad

En las ecuaciones de eficiencia anteriores, compiten la conductividad térmica y la conductividad eléctrica .

La conductividad térmica κ en sólidos cristalinos tiene principalmente dos componentes:

κ = κ _electrón + κ _fonón

Según la ley de Wiedemann-Franz , cuanto mayor es la conductividad eléctrica, mayor es _{el electrón} κ . ^[13] Así, en los metales la relación entre la conductividad térmica y la eléctrica es aproximadamente fija, ya que domina la parte electrónica. En los semiconductores, la parte de los fonones es importante y no puede descuidarse. Reduce la eficiencia. Para una buena eficiencia , se desea una proporción baja de _fonón κ / _electrón κ .

Por lo tanto, es necesario minimizar _{el fonón} κ y mantener alta la conductividad eléctrica. Por tanto, los semiconductores deberían estar altamente dopados.

GA Slack ^[14] propuso que para optimizar la cifra de mérito, los fonones , que son responsables de la conductividad térmica, deben experimentar el material como un vidrio (experimentando un alto grado de dispersión de fonones , lo que reduce la conductividad térmica ), mientras que los electrones deben experimentarlo como un cristal (que experimenta muy poca dispersión, manteniendo la conductividad eléctrica ): este concepto se llama cristal de electrones de vidrio de fonones. La figura de mérito se puede mejorar mediante el ajuste independiente de estas propiedades.

Factor de calidad (teoría detallada sobre semiconductores)

El máximo de un material viene dado por el factor de calidad del material. ${\displaystyle Z{\bar {T}}}$

${\displaystyle B={\frac {2k_{\rm {B}}^{2}\hbar }{3\pi }}{\frac {N_{\rm {v}}C_{\rm {l}}}{m_{\rm {l}}^{*}\Xi ^{2}\kappa _{\rm {L}}}}T}$

donde es la constante de Boltzmann, es la constante de Planck reducida, es el número de valles degenerados de la banda, es el módulo elástico longitudinal promedio, es la masa inercial efectiva, es el coeficiente de potencial de deformación, es la conducción térmica de la red y es la temperatura . La cifra de mérito, depende de la concentración de dopaje y la temperatura del material de interés. ^[15] ${\displaystyle k_{\rm {B}}}$ ${\displaystyle \hbar }$ ${\displaystyle N_{\rm {v}}}$ ${\displaystyle C_{\rm {l}}}$ ${\displaystyle m_{\rm {l}}^{*}}$ ${\displaystyle \Xi }$ ${\displaystyle \kappa _{\rm {L}}}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle Z{\bar {T}}}$

El factor de calidad del material es útil porque permite una comparación intrínseca de la posible eficiencia entre diferentes materiales. ^[16] Esta relación muestra que mejorar el componente electrónico , que afecta principalmente al coeficiente de Seebeck, aumentará el factor de calidad de un material. Se puede crear una gran densidad de estados debido a una gran cantidad de bandas conductoras ( ) o mediante bandas planas que dan una masa efectiva de banda alta ( ). Para materiales isotrópicos . Por lo tanto, es deseable que los materiales termoeléctricos tengan una alta degeneración de valle en una estructura de bandas muy aguda. ^[17] Otras características complejas de la estructura electrónica son importantes. Estos pueden cuantificarse parcialmente mediante una función electrónica de fitness. ^[18] ${\displaystyle B}$ ${\displaystyle {\frac {N_{\rm {v}}}{m_{\rm {l}}^{*}\Xi ^{2}}}}$ ${\displaystyle N_{\rm {v}}}$ ${\displaystyle m_{\rm {b}}^{*}}$ ${\displaystyle m_{\rm {b}}^{*}=m_{\rm {l}}^{*}}$

Materiales de interés

Las estrategias para mejorar el rendimiento termoeléctrico incluyen tanto materiales a granel avanzados como el uso de sistemas de baja dimensión. Dichos enfoques para reducir la conductividad térmica de la red se dividen en tres tipos generales de materiales: (1) Aleaciones : crean defectos puntuales, vacantes o estructuras ruidosas (especies de iones pesados ​​con grandes amplitudes vibratorias contenidas dentro de sitios estructurales parcialmente llenos) para dispersar fonones dentro de la unidad. cristal celular ; ^[19] (2) Cristales complejos : separe el vidrio de fonones del cristal de electrones utilizando métodos similares a los de los superconductores ( la región responsable del transporte de electrones debería ser un cristal de electrones de un semiconductor de alta movilidad, mientras que lo ideal es que el vidrio de fonones albergue estructuras desordenadas y dopantes sin alterar el cristal de electrones, de forma análoga al depósito de carga en los superconductores de alta _Tc ^[20] ); (3) Nanocompuestos multifásicos : dispersan fonones en las interfaces de materiales nanoestructurados, ^[21] ya sean compuestos mixtos o superredes de película delgada .

Los materiales considerados para aplicaciones de dispositivos termoeléctricos incluyen:

Calcogenuros de bismuto y sus nanoestructuras.

Materiales como Bi
₂te
₃y Bi
₂sí
₃comprenden algunos de los termoeléctricos a temperatura ambiente de mejor rendimiento con una cifra de mérito independiente de la temperatura, ZT, entre 0,8 y 1,0. ^[22] Nanoestructuración de estos materiales para producir una estructura de superred en capas de Bi alternante
₂te
₃y Sb
₂te
₃capas produce un dispositivo dentro del cual hay buena conductividad eléctrica pero perpendicularmente al cual la conductividad térmica es pobre. El resultado es un ZT mejorado (aproximadamente 2,4 a temperatura ambiente para el tipo p). ^[23] Tenga en cuenta que este alto valor de ZT no se ha confirmado de forma independiente debido a las complicadas demandas sobre el crecimiento de tales superredes y la fabricación de dispositivos; sin embargo, los valores ZT del material son consistentes con el rendimiento de los refrigeradores de punto caliente fabricados con estos materiales y validados en Intel Labs.

El telururo de bismuto y sus soluciones sólidas son buenos materiales termoeléctricos a temperatura ambiente y, por lo tanto, adecuados para aplicaciones de refrigeración alrededor de 300 K. El método Czochralski se ha utilizado para cultivar compuestos monocristalinos de telururo de bismuto. Estos compuestos se obtienen normalmente mediante solidificación direccional a partir de procesos de fusión o pulvimetalurgia. Los materiales producidos con estos métodos tienen menor eficiencia que los monocristalinos debido a la orientación aleatoria de los granos de cristal, pero sus propiedades mecánicas son superiores y la sensibilidad a defectos estructurales e impurezas es menor debido a la alta concentración óptima del portador.

La concentración de portador requerida se obtiene eligiendo una composición no estequiométrica, que se logra introduciendo un exceso de átomos de bismuto o teluro en la masa fundida primaria o mediante impurezas dopantes. Algunos posibles dopantes son los halógenos y los átomos de los grupos IV y V. Debido a la pequeña banda prohibida (0,16 eV), Bi ₂ Te ₃ está parcialmente degenerado y el nivel de Fermi correspondiente debe estar cerca del mínimo de la banda de conducción a temperatura ambiente. El tamaño de la banda prohibida significa que Bi ₂ Te ₃ tiene una alta concentración de portador intrínseco. Por lo tanto, la conducción de portadores minoritarios no puede despreciarse en el caso de pequeñas desviaciones estequiométricas. El uso de compuestos de teluro está limitado por la toxicidad y rareza del teluro. ^[24]

Telururos de plomo

Heremans et al. (2008) demostraron que la aleación de telururo de plomo dopado con talio (PbTe) alcanza un ZT de 1,5 a 773 K. ^[25] Posteriormente, Snyder et al. (2011) informaron ZT ~ 1,4 a 750 K en PbTe dopado con sodio, ^[26] y ZT ~ 1,8 a 850 K en aleación PbTe _1−x Se _x dopado con sodio . ^[27] El grupo de Snyder determinó que tanto el talio como el sodio alteran la estructura electrónica del cristal aumentando la conductividad electrónica. También afirman que el selenio aumenta la conductividad eléctrica y reduce la conductividad térmica.

En 2012, otro equipo utilizó telururo de plomo para convertir el calor residual en electricidad, alcanzando un ZT de 2,2, que, según afirmaron, era el más alto registrado hasta ahora. ^{[28] [29]}

clatratos inorgánicos

Los clatratos inorgánicos tienen la fórmula general A _x B _y C _46-y (tipo I) y A _x B _y C _136-y (tipo II), donde B y C son elementos del grupo III y IV, respectivamente, que forman la estructura donde Los átomos A “invitados” ( metal alcalino o alcalinotérreo ) están encapsulados en dos poliedros diferentes uno frente al otro. Las diferencias entre los tipos I y II provienen del número y tamaño de los huecos presentes en sus celdas unitarias . Las propiedades de transporte dependen de las propiedades de la estructura, pero es posible realizar ajustes cambiando los átomos "invitados". ^{[30] [31] [32]}

El enfoque más directo para sintetizar y optimizar las propiedades termoeléctricas de los clatratos semiconductores de tipo I es el dopaje sustitucional, en el que algunos átomos de la estructura se reemplazan con átomos dopantes. Además, en la síntesis de clatratos se han utilizado técnicas pulvimetalúrgicas y de crecimiento de cristales. Las propiedades estructurales y químicas de los clatratos permiten optimizar sus propiedades de transporte en función de la estequiometría . ^{[33] [34]} La estructura de los materiales tipo II permite un relleno parcial de los poliedros, lo que permite una mejor sintonización de las propiedades eléctricas y, por tanto, un mejor control del nivel de dopaje. ^{[35] [36]} Las variantes parcialmente llenas se pueden sintetizar como semiconductoras o incluso aislantes. ^[37]

Blake y cols. han predicho ZT ~ 0,5 a temperatura ambiente y ZT ~ 1,7 a 800 K para composiciones optimizadas. Kuznetsov et al. midieron la resistencia eléctrica y el coeficiente de Seebeck para tres clatratos diferentes de tipo I por encima de la temperatura ambiente y al estimar la conductividad térmica a alta temperatura a partir de los datos publicados de baja temperatura obtuvieron ZT~0,7 a 700 K para Ba ₈ Ga ₁₆ Ge ₃₀ y ZT~0,87 a 870 K. para Ba ₈ Ga ₁₆ Si ₃₀ . ^[38]

Compuestos de Mg y elemento del grupo 14.

Los compuestos de Mg ₂ B ^IV (B ¹⁴ =Si, Ge, Sn) y sus soluciones sólidas son buenos materiales termoeléctricos y sus valores ZT son comparables con los de materiales establecidos. Los métodos de producción adecuados se basan en la co-fusión directa, pero también se ha utilizado la aleación mecánica. Durante la síntesis, es necesario tener en cuenta las pérdidas de magnesio debidas a la evaporación y segregación de componentes (especialmente de Mg _{2 Sn).} Los métodos de cristalización dirigida pueden producir monocristales de Mg ₂ Si , pero intrínsecamente tienen una conductividad de tipo n, y se requiere dopaje, por ejemplo con Sn, Ga, Ag o Li, para producir el material de tipo p que se requiere para un dispositivo termoeléctrico eficiente. . ^[39] Las soluciones sólidas y los compuestos dopados deben recocerse para producir muestras homogéneas, con las mismas propiedades en todas partes. A 800 K, se ha informado que Mg ₂ Si _{0,55 − x} Sn _0,4 Ge _0,05 Bi _x tiene una cifra de mérito de alrededor de 1,4, la más alta jamás reportada para estos compuestos. ^[40]

Termoeléctricos skutterudita

Las skutteruditas tienen una composición química de LM ₄ X ₁₂ , donde L es un metal de tierras raras (componente opcional), M es un metal de transición y X es un metaloide , un elemento del grupo V o un pnictógeno como fósforo , antimonio o arsénico . Estos materiales exhiben ZT>1,0 y potencialmente pueden usarse en dispositivos termoeléctricos de múltiples etapas. ^[41]

Sin relleno, estos materiales contienen huecos, que pueden llenarse con iones de baja coordinación (generalmente elementos de tierras raras ) para reducir la conductividad térmica al producir fuentes para la dispersión de fonones reticulares , sin reducir la conductividad eléctrica . ^[42] También es posible reducir la conductividad térmica en la skutterudita sin llenar estos huecos utilizando una arquitectura especial que contiene nano y microporos. ^[43]

La NASA está desarrollando un generador termoeléctrico de radioisótopos multimisión en el que los termopares estarían hechos de skutterudita , que puede funcionar con una diferencia de temperatura menor que los diseños actuales de telurio . Esto significaría que un RTG similar generaría un 25% más de energía al comienzo de una misión y al menos un 50% más después de diecisiete años. La NASA espera utilizar el diseño en la próxima misión New Frontiers . ^[44]

Termoelectricos de oxido

Compuestos de óxidos homólogos (como los de la forma ( SrTiO
₃) _norte (SrO)
_metro—la fase de Ruddlesden-Popper ) tienen estructuras de superred en capas que los convierten en candidatos prometedores para su uso en dispositivos termoeléctricos de alta temperatura. ^[45] Estos materiales exhiben una baja conductividad térmica perpendicular a las capas mientras mantienen una buena conductividad electrónica dentro de las capas. Sus valores de ZT pueden alcanzar 2,4 para SrTiO epitaxial.
₃películas, y la estabilidad térmica mejorada de dichos óxidos, en comparación con los compuestos de bismuto convencionales con alto contenido de ZT , los convierte en termoeléctricos de alta temperatura superiores. ^[46]

El interés por los óxidos como materiales termoeléctricos se reavivó en 1997 cuando se informó de una potencia termoeléctrica relativamente alta para el NaCo ₂ O ₄ . ^{[47] [46]} Además de su estabilidad térmica, otras ventajas de los óxidos son su baja toxicidad y su alta resistencia a la oxidación. Controlar simultáneamente los sistemas eléctrico y de fonones puede requerir materiales nanoestructurados. Las capas de Ca ₃ Co ₄ O ₉ exhibieron valores ZT de 1,4 a 2,7 a 900 K. ^[46] Si las capas de un material determinado tienen la misma estequiometría, se apilarán de manera que los mismos átomos no se coloquen encima de cada una. otros, impidiendo la conductividad de los fonones perpendicular a las capas. ^[45] Recientemente, los termoeléctricos de óxido han ganado mucha atención, por lo que la gama de fases prometedoras aumentó drásticamente. Los nuevos miembros de esta familia incluyen ZnO, ^[46] MnO ₂ , ^[48] y NbO ₂ . ^{[49] [50]}

Termoeléctricos de sulfuro de cobre sustituidos con cationes

Todas las variables mencionadas están incluidas en la ecuación de la figura de mérito adimensional , zT , que se puede ver en la parte superior de esta página. El objetivo de cualquier experimento termoeléctrico es aumentar el factor de potencia, S ² σ , manteniendo al mismo tiempo una pequeña conductividad térmica . Esto se debe a que la electricidad se produce mediante un gradiente de temperatura, por lo que los materiales que pueden equilibrar el calor muy rápidamente no son útiles. ^[51] Se descubrió que los dos compuestos que se detallan a continuación exhiben propiedades termoeléctricas de alto rendimiento, lo que puede evidenciarse en la cifra de mérito reportada en cualquiera de los manuscritos respectivos.

La cuprocalininita (CuCr ₂ S ₄ ) es un análogo del mineral joegoldsteinita con predominancia de cobre . Recientemente se encontró dentro de rocas metamórficas en Slyudyanka, parte de la región del sur de Baikal en Rusia, y los investigadores han determinado que la cuprokalininita dopada con Sb (Cu _1-x Sb _x Cr ₂ S ₄ ) es prometedora en tecnología renovable. ^[52] El dopaje es el acto de agregar intencionalmente una impureza, generalmente para modificar las características electroquímicas del material de la semilla. La introducción de antimonio mejora el factor de potencia al incorporar electrones adicionales, lo que aumenta el coeficiente de Seebeck , S , y reduce el momento magnético (la probabilidad de que las partículas se alineen con un campo magnético); también distorsiona la estructura cristalina, lo que reduce la conductividad térmica , κ . Khan et al. (2017) pudieron descubrir la cantidad óptima de contenido de Sb (x=0,3) en cuprokalininte para desarrollar un dispositivo con un valor ZT de 0,43. ^[52]

La bornita (Cu ₅ FeS ₄ ) es un mineral de sulfuro que lleva el nombre de un mineralogista austriaco, aunque es mucho más común que la cuprocalininita antes mencionada. Se descubrió que este mineral metálico demostraba un rendimiento termoeléctrico mejorado después de someterse a intercambio catiónico con hierro. ^[53] El intercambio catiónico es el proceso de rodear un cristal original con un complejo de electrolito , de modo que los cationes (iones cargados positivamente) dentro de la estructura puedan intercambiarse por aquellos en solución sin afectar la subred aniónica (red cristalina cargada negativamente). ^[54] Lo que queda son cristales que poseen una composición diferente, pero una estructura idéntica. De esta manera, los científicos obtienen un control morfológico extremo y uniformidad al generar heteroestructuras complicadas. ^[55] En cuanto a por qué se pensaba que mejoraba el valor ZT, la mecánica del intercambio catiónico a menudo provoca defectos cristalográficos , que hacen que los fonones (en pocas palabras, partículas de calor) se dispersen. Según el formalismo de Debye-Callaway, un modelo utilizado para determinar la conductividad térmica de la red, κ _L , el comportamiento altamente anarmónico debido a la dispersión de fonones da como resultado una gran resistencia térmica. ^[56] Por lo tanto, una mayor densidad de defectos disminuye la conductividad térmica de la red, lo que genera una mayor cifra de mérito. En conclusión, Long et al. informaron que mayores deficiencias de Cu resultaron en aumentos de hasta un 88% en el valor de ZT, con un máximo de 0,79. ^[57]

La composición de los dispositivos termoeléctricos puede variar drásticamente dependiendo de la temperatura del calor que deben recolectar; Teniendo en cuenta el hecho de que más del ochenta por ciento de los residuos industriales se encuentran dentro del rango de 373-575 K, los calcogenuros y antimonuros son más adecuados para la conversión termoeléctrica porque pueden utilizar calor a temperaturas más bajas. ^[58] El azufre no solo es el calcogenuro más barato y liviano, sino que los excedentes actuales pueden estar causando una amenaza al medio ambiente, ya que es un subproducto de la captura de petróleo, por lo que el consumo de azufre podría ayudar a mitigar daños futuros. ^[52] En cuanto al metal, el cobre es una partícula semilla ideal para cualquier tipo de método de sustitución debido a su alta movilidad y estado de oxidación variable , ya que puede equilibrar o complementar la carga de cationes más inflexibles. Por lo tanto, los minerales cuprokalininita o bornita podrían resultar componentes termoeléctricos ideales.

Aleaciones Half-Heusler

Las aleaciones Half-Heusler (HH) tienen un gran potencial para aplicaciones de generación de energía a alta temperatura. Ejemplos de estas aleaciones incluyen NbFeSb, NbCoSn y VFeSb. Tienen una estructura cúbica de tipo MgAgAs formada por tres redes cúbicas centradas en las caras (fcc) interpenetrantes. La capacidad de sustituir cualquiera de estas tres subredes abre la puerta a la síntesis de una amplia variedad de compuestos. Se emplean varias sustituciones atómicas para reducir la conductividad térmica y mejorar la conductividad eléctrica. ^[59]

Anteriormente, ZT no podía alcanzar un pico superior a 0,5 para el compuesto HH de tipo p y 0,8 para el compuesto HH de tipo n. Sin embargo, en los últimos años, los investigadores pudieron lograr ZT≈1 tanto para el tipo n como para el tipo p. ^[59] Los granos de tamaño nanométrico son uno de los enfoques utilizados para reducir la conductividad térmica mediante la dispersión de fonones asistida por los límites de los granos. ^[60] Otro enfoque fue utilizar los principios de los nanocompuestos, mediante los cuales ciertas combinaciones de metales se veían favorecidas sobre otras debido a la diferencia de tamaño atómico. Por ejemplo, el Hf y el Ti son más eficaces que el Hf y el Zr, cuando lo que preocupa es la reducción de la conductividad térmica, ya que la diferencia de tamaño atómico entre los primeros es mayor que la del segundo. ^[61]

Materiales termoeléctricos flexibles

Materiales orgánicos conductores de electricidad.

Generación de electricidad agarrando ambos lados de un dispositivo termoeléctrico flexible PEDOT:PSS

PEDOT: modelo basado en PSS integrado en un guante para generar electricidad a partir del calor corporal

Los polímeros conductores son de gran interés para el desarrollo termoeléctrico flexible. Son flexibles, livianos, geométricamente versátiles y pueden procesarse a escala, un componente importante para la comercialización. Sin embargo, el desorden estructural de estos materiales a menudo inhibe la conductividad eléctrica mucho más que la conductividad térmica, limitando hasta el momento su uso. Algunos de los polímeros conductores más comunes investigados para termoeléctricos flexibles incluyen poli (3,4-etilendioxitiofeno) (PEDOT), polianilinas (PANI), politiofenos, poliacetilenos, polipirrol y policarbazol. PEDOT tipo P:PSS (poliestireno sulfonato) y PEDOT-Tos (Tosilato) han sido algunos de los materiales investigados más alentadores. Los termoeléctricos orgánicos de tipo n, estables al aire, suelen ser más difíciles de sintetizar debido a su baja afinidad electrónica y su probabilidad de reaccionar con el oxígeno y el agua del aire. ^[62] Estos materiales a menudo tienen una cifra de mérito que todavía es demasiado baja para aplicaciones comerciales (~0,42 en PEDOT:PSS ) debido a la mala conductividad eléctrica. ^[63]

Compuestos híbridos Los termoeléctricos compuestos híbridos implican mezclar los materiales orgánicos conductores de electricidad u otros materiales compuestos discutidos anteriormente con otros materiales conductores en un esfuerzo por mejorar las propiedades de transporte. Los materiales conductores que se añaden con mayor frecuencia incluyen los nanotubos de carbono y el grafeno debido a sus conductividades y propiedades mecánicas. Se ha demostrado que los nanotubos de carbono pueden aumentar la resistencia a la tracción del compuesto polimérico con el que se mezclan. Sin embargo, también pueden reducir la flexibilidad. ^[64] Además, estudios futuros sobre la orientación y alineación de estos materiales agregados permitirán mejorar el rendimiento. ^[65] El umbral de percolación de los CNT suele ser especialmente bajo, muy por debajo del 10%, debido a su alta relación de aspecto. ^[66] Un umbral de percolación bajo es deseable tanto por motivos de costo como de flexibilidad. También se utilizó óxido de grafeno reducido (rGO) como material relacionado con el grafeno para mejorar la figura de mérito de los materiales termoeléctricos. ^[67] La ​​adición de una cantidad bastante baja de grafeno o rGO, alrededor del 1% en peso, fortalece principalmente la dispersión de fonones en los límites de grano de todos estos materiales, así como aumenta la concentración de portadores de carga y la movilidad en calcogenuros, skutteruditas y, particularmente, metales. compuestos a base de óxido. Sin embargo, se observó un crecimiento significativo de ZT después de la adición de grafeno o rGO principalmente para compuestos basados ​​en materiales termoeléctricos con ZT inicial bajo. Cuando el material termoeléctrico ya está nanoestructurado y posee una alta conductividad eléctrica, dicha adición no mejora significativamente el ZT. Así, el grafeno o aditivo rGO funciona principalmente como optimizador del rendimiento intrínseco de los materiales termoeléctricos.

Los compuestos termoeléctricos híbridos también se refieren a compuestos termoeléctricos poliméricos-inorgánicos. Esto generalmente se logra a través de una matriz polimérica inerte que aloja un material de relleno termoeléctrico. La matriz generalmente no es conductora para no cortocircuitar la corriente y permitir que el material termoeléctrico domine las propiedades de transporte eléctrico. Una ventaja importante de este método es que la matriz polimérica generalmente estará muy desordenada y aleatoria en muchas escalas de longitud diferentes, lo que significa que el material compuesto podrá tener una conductividad térmica mucho menor. El procedimiento general para sintetizar estos materiales implica un solvente para disolver el polímero y la dispersión del material termoeléctrico por toda la mezcla. ^[68]

Aleaciones de silicio-germanio

El Si a granel exhibe un ZT bajo de ~0,01 debido a su alta conductividad térmica. Sin embargo, ZT puede llegar a 0,6 en los nanocables de silicio , que conservan la alta conductividad eléctrica del Si dopado, pero reducen la conductividad térmica debido a la elevada dispersión de fonones en sus extensas superficies y baja sección transversal. ^[69]

La combinación de Si y Ge también permite conservar una alta conductividad eléctrica de ambos componentes y reducir la conductividad térmica. La reducción se origina por una dispersión adicional debida a propiedades reticulares (fonones) muy diferentes del Si y el Ge. ^[70] Como resultado, las aleaciones de silicio-germanio son actualmente los mejores materiales termoeléctricos alrededor de 1000 °C y, por lo tanto, se utilizan en algunos generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) (en particular, el MHW-RTG y el GPHS-RTG ) y algunos otros generadores termoeléctricos de alta temperatura. aplicaciones, como la recuperación de calor residual . La usabilidad de las aleaciones de silicio-germanio está limitada por su alto precio y sus valores moderados de ZT (~0,7); sin embargo, ZT se puede aumentar a 1-2 en nanoestructuras de SiGe debido a la reducción de la conductividad térmica. ^[71]

cobaltato de sodio

Los experimentos con cristales de cobaltato de sodio, utilizando experimentos de dispersión de neutrones y rayos X llevados a cabo en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón (ESRF) y el Instituto Laue-Langevin (ILL) en Grenoble, lograron suprimir la conductividad térmica en un factor de seis en comparación con cobaltato de sodio libre de vacantes. Los experimentos coincidieron con los correspondientes cálculos funcionales de densidad . La técnica implicó grandes desplazamientos anarmónicos de Na
_0,8Arrullo
₂contenida dentro de los cristales. ^{[72] [73]}

Materiales amorfos

En 2002, Nolas y Goldsmid sugirieron que los sistemas con el camino libre medio del fonón más grande que el camino libre medio del portador de carga pueden exhibir una eficiencia termoeléctrica mejorada. ^[74] Esto se puede realizar en termoeléctricos amorfos y pronto se convirtieron en el foco de muchos estudios. Esta idea innovadora se logró en Cu-Ge-Te, ^[75] NbO ₂ , ^[76] In-Ga-Zn-O, ^[77] Zr-Ni-Sn, ^[78] Si-Au, ^[79] y sistemas amorfos Ti-Pb-VO ^[80] . Cabe mencionar que el modelado de propiedades de transporte es lo suficientemente desafiante como para romper el orden de largo alcance, por lo que el diseño de termoeléctricos amorfos está en su infancia. Naturalmente, los termoeléctricos amorfos dan lugar a una extensa dispersión de fonones, lo que sigue siendo un desafío para los termoeléctricos cristalinos. Se espera un futuro brillante para estos materiales.

Materiales clasificados funcionalmente

Los materiales clasificados funcionalmente permiten mejorar la eficiencia de conversión de las termoeléctricas existentes. Estos materiales tienen una distribución de concentración de portadores no uniforme y, en algunos casos, también una composición de solución sólida. En aplicaciones de generación de energía, la diferencia de temperatura puede ser de varios cientos de grados y, por lo tanto, los dispositivos fabricados con materiales homogéneos tienen alguna parte que funciona a una temperatura en la que ZT es sustancialmente inferior a su valor máximo. Este problema se puede resolver utilizando materiales cuyas propiedades de transporte varían a lo largo de su longitud, permitiendo así mejoras sustanciales en la eficiencia operativa en grandes diferencias de temperatura. Esto es posible con materiales clasificados funcionalmente, ya que tienen una concentración de portador variable a lo largo del material, que está optimizada para operaciones en un rango de temperatura específico. ^[81]

Nanomateriales y superredes

Además del Bi nanoestructurado
₂te
₃/ Sb
₂te
₃Las películas delgadas de superred, otros materiales nanoestructurados, incluidos los nanocables de silicio , ^[69] nanotubos y puntos cuánticos muestran potencial para mejorar las propiedades termoeléctricas.

Superred de puntos cuánticos PbTe/PbSeTe

Otro ejemplo de superred es el de una superred de puntos cuánticos PbTe/PbSeTe que proporciona un ZT mejorado (aproximadamente 1,5 a temperatura ambiente) que era mayor que el valor total de ZT para PbTe o PbSeTe (aproximadamente 0,5). ^[82]

Estabilidad de nanocristales y conductividad térmica.

No todos los materiales nanocristalinos son estables, porque el tamaño del cristal puede crecer a altas temperaturas, arruinando las características deseadas de los materiales.

Los materiales nanocristalinos tienen muchas interfaces entre cristales, que dispersan los fonones, por lo que se reduce la conductividad térmica. Los fonones están confinados al grano si su recorrido libre medio es mayor que el tamaño del grano del material. ^[69]

Siliciuros de metales de transición nanocristalinos

Los siliciuros de metales de transición nanocristalinos son un grupo de materiales prometedor para aplicaciones termoeléctricas, porque cumplen con varios criterios que se exigen desde el punto de vista de las aplicaciones comerciales. En algunos siliciuros de metales de transición nanocristalinos, el factor de potencia es mayor que en el material policristalino correspondiente, pero la falta de datos confiables sobre la conductividad térmica impide la evaluación de su eficiencia termoeléctrica. ^[83]

Skutteruditas nanoestructuradas

Las skutteruditas, un mineral de arseniuro de cobalto con cantidades variables de níquel y hierro, se pueden producir artificialmente y son candidatos a mejores materiales termoeléctricos.

Una ventaja de las skutteruditas nanoestructuradas sobre las skutteruditas normales es su conductividad térmica reducida, causada por la dispersión de los límites de grano. Se han logrado valores de ZT de ~0,65 y > 0,4 ​​con muestras basadas en CoSb _{3 ;} los primeros valores fueron 2,0 para Ni y 0,75 para material dopado con Te a 680 K y el último para compuesto de Au a T > 700 K. ^[84]

Se pueden lograr mejoras de rendimiento aún mayores utilizando compuestos y controlando el tamaño del grano, las condiciones de compactación de las muestras policristalinas y la concentración del portador.

Grafeno

El grafeno es conocido por su alta conductividad eléctrica y coeficiente de Seebeck a temperatura ambiente. ^{[85] [86]} Sin embargo, desde la perspectiva termoeléctrica, su conductividad térmica es notablemente alta, lo que a su vez limita su ZT. ^[87] Se sugirieron varios enfoques para reducir la conductividad térmica del grafeno sin alterar mucho su conductividad eléctrica. Estos incluyen, entre otros, los siguientes:

• Dopaje con isótopos de carbono para formar heterouniones isotópicas como la de 12 C y ¹³ C. Estos isótopos presentan diferentes desajustes en la frecuencia de los fonones, lo que conduce a la dispersión de los portadores de calor (fonones). Se ha demostrado que este enfoque no afecta ni al factor de potencia ni a la conductividad eléctrica. ^[88]
• Se demostró que las arrugas y grietas en la estructura del grafeno contribuyen a la reducción de la conductividad térmica. Los valores informados de conductividad térmica del grafeno suspendido de un tamaño de 3,8 µm muestran una amplia gama de 1500 a 5000 W/(m·K). Un estudio reciente lo atribuyó a los defectos microestructurales presentes en el grafeno, como arrugas y grietas, que pueden reducir la conductividad térmica en un 27%. ^[89] Estos defectos ayudan a dispersar los fonones.
• Introducción de defectos con técnicas como el tratamiento con plasma de oxígeno. Una forma más sistémica de introducir defectos en la estructura del grafeno se realiza mediante el tratamiento con plasma de _O2 . En última instancia, la muestra de grafeno contendrá orificios prescritos, espaciados y numerados según la intensidad del plasma. Las personas pudieron mejorar el ZT del grafeno de 1 a un valor de 2,6 cuando la densidad de defectos se eleva de 0,04 a 2,5 (este número es un índice de densidad de defectos y generalmente se entiende en comparación con el valor correspondiente del grafeno no tratado). 0,04 en nuestro caso). Sin embargo, esta técnica también reduciría la conductividad eléctrica, que puede mantenerse sin cambios si se optimizan los parámetros de procesamiento del plasma. ^[85]
• Funcionalización del grafeno por oxígeno. El comportamiento térmico del óxido de grafeno no se ha investigado exhaustivamente en comparación con su homólogo; grafeno. Sin embargo, el modelo de Teoría funcional de densidad (DFT) demostró teóricamente que agregar oxígeno a la red de grafeno reduce mucho su conductividad térmica debido al efecto de dispersión de fonones. La dispersión de fonones se debe tanto a un desajuste acústico como a una simetría reducida en la estructura del grafeno después del dopaje con oxígeno. La reducción de la conductividad térmica puede superar fácilmente el 50% con este enfoque. ^[86]

Superredes y rugosidad.

Las superredes (termopares nanoestructurados) se consideran un buen candidato para una mejor fabricación de dispositivos termoeléctricos, con materiales que pueden usarse en la fabricación de esta estructura.

Su producción es costosa para uso general debido a los procesos de fabricación basados ​​en costosos métodos de crecimiento de películas delgadas. Sin embargo, dado que la cantidad de materiales de película delgada necesarios para la fabricación de dispositivos con superredes es mucho menor que la de los materiales de película delgada en materiales termoeléctricos a granel (casi en un factor de 1/10.000), la ventaja de costos a largo plazo es realmente favorable.

Esto es particularmente cierto dada la disponibilidad limitada de telurio, lo que hace que aumenten las aplicaciones solares competitivas para sistemas de acoplamiento termoeléctrico.

Las estructuras de superred también permiten la manipulación independiente de los parámetros de transporte ajustando la propia estructura, lo que permite la investigación para una mejor comprensión de los fenómenos termoeléctricos en nanoescala y el estudio de las estructuras transmisoras de electrones que bloquean los fonones , lo que explica los cambios en el campo eléctrico y la conductividad debidos a la nanoestructura del material. ^[23]

Existen muchas estrategias para disminuir la conductividad térmica de la superred que se basan en la ingeniería del transporte de fonones. La conductividad térmica a lo largo del plano de la película y el eje del cable se puede reducir creando una dispersión difusa de la interfaz y reduciendo la distancia de separación de la interfaz, ambas causadas por la rugosidad de la interfaz.

La rugosidad de la interfaz puede ocurrir naturalmente o puede ser inducida artificialmente. En la naturaleza, la rugosidad es causada por la mezcla de átomos de elementos extraños. La rugosidad artificial se puede crear utilizando varios tipos de estructuras, como interfaces de puntos cuánticos y películas delgadas sobre sustratos cubiertos por escalones. ^{[71] [70]}

Problemas en superredes

Conductividad eléctrica reducida :
las estructuras de interfaz con dispersión de fonones reducida a menudo también presentan una disminución de la conductividad eléctrica.

La conductividad térmica en la dirección transversal de la red suele ser muy baja, pero dependiendo del tipo de superred, el coeficiente termoeléctrico puede aumentar debido a cambios en la estructura de bandas.

La baja conductividad térmica en las superredes generalmente se debe a una fuerte dispersión de fonones en la interfaz. Las minibandas son causadas por la falta de confinamiento cuántico dentro de un pozo. La estructura de minibandas depende del período de superred, de modo que con un período muy corto (~1 nm) la estructura de bandas se acerca al límite de la aleación y con un período largo (≥ ~60 nm) las minibandas se vuelven tan cercanas entre sí que pueden aproximarse con un continuo. ^[90]

Contramedidas de estructura de superred :
Se pueden tomar contramedidas que prácticamente eliminan el problema de la disminución de la conductividad eléctrica en una interfaz de dispersión de fonones reducida. Estas medidas incluyen la elección adecuada de la estructura de superred, aprovechando la conducción de minibandas a través de superredes y evitando el confinamiento cuántico . Se ha demostrado que debido a que los electrones y los fonones tienen diferentes longitudes de onda, es posible diseñar la estructura de tal manera que los fonones se dispersen de manera más difusa en la interfaz que los electrones. ^[23]

Contramedidas de confinamiento de fonones :
Otro enfoque para superar la disminución de la conductividad eléctrica en estructuras con dispersión reducida de fonones es aumentar la reflectividad de los fonones y, por lo tanto, disminuir la conductividad térmica perpendicular a las interfaces.

Esto se puede lograr aumentando la falta de coincidencia entre los materiales en capas adyacentes, incluida la densidad , la velocidad de grupo , el calor específico y el espectro de fonones.

La rugosidad de la interfaz provoca una dispersión difusa de los fonones, que aumenta o disminuye la reflectividad de los fonones en las interfaces. Un desajuste entre las relaciones de dispersión masiva confina a los fonones, y el confinamiento se vuelve más favorable a medida que aumenta la diferencia en la dispersión.

Actualmente se desconoce el grado de confinamiento, ya que sólo existen algunos modelos y datos experimentales. Al igual que con el método anterior, se deben considerar los efectos sobre la conductividad eléctrica. ^{[71] [70]}

Se han realizado intentos de localizar fonones de longitud de onda larga mediante superredes aperiódicas o superredes compuestas con diferentes periodicidades. Además, los defectos, especialmente las dislocaciones, se pueden utilizar para reducir la conductividad térmica en sistemas de pequeñas dimensiones. ^{[71] [70]}

Calor parásito :
la conducción de calor parásito en las capas de barrera podría causar una pérdida significativa de rendimiento. Se ha propuesto, pero no probado, que esto se puede superar eligiendo una cierta distancia correcta entre los pozos cuánticos.

El coeficiente de Seebeck puede cambiar de signo en nanocables de superred debido a la existencia de minigaps a medida que varía la energía de Fermi. Esto indica que las superredes se pueden adaptar para exhibir un comportamiento de tipo n o p utilizando los mismos dopantes que se utilizan para los materiales a granel correspondientes controlando cuidadosamente la energía de Fermi o la concentración de dopantes. Con las matrices de nanocables, es posible explotar la transición semimetálica -semiconductora debido al confinamiento cuántico y utilizar materiales que normalmente no serían buenos materiales termoeléctricos en forma masiva. Elementos de este tipo son, por ejemplo, bismuto. El efecto Seebeck también podría utilizarse para determinar la concentración de portadores y la energía de Fermi en nanocables. ^[91]

En los termoeléctricos de puntos cuánticos, es necesario un comportamiento de transporte no convencional o sin banda (por ejemplo, túneles o saltos) para utilizar su estructura especial de bandas electrónicas en la dirección de transporte. Es posible alcanzar ZT>2 a temperaturas elevadas con superredes de puntos cuánticos, pero casi siempre son inadecuadas para la producción en masa.

Sin embargo, en superredes, donde no intervienen efectos cuánticos, con un espesor de película de sólo unos pocos micrómetros (μm) a aproximadamente 15 μm, el material de superred Bi ₂ Te ₃ /Sb ₂ Te ₃ se ha convertido en microenfriadores de alto rendimiento y otros dispositivos. El rendimiento de los enfriadores de punto caliente ^[23] es consistente con el ZT~2.4 informado de materiales superreticulares a 300 K. ^[92]

Los nanocompuestos son una clase de material prometedora para dispositivos termoeléctricos a granel, pero es necesario superar varios desafíos para que sean adecuados para aplicaciones prácticas. No se comprende bien por qué las propiedades termoeléctricas mejoradas aparecen sólo en ciertos materiales con procesos de fabricación específicos. ^[93]

Los nanocristales de SrTe se pueden incrustar en una matriz de PbTe a granel de modo que las redes de sal de roca de ambos materiales estén completamente alineadas (endotaxia) con una concentración molar óptima para SrTe de solo el 2%. Esto puede provocar una fuerte dispersión de fonones pero no afectaría el transporte de carga. En tal caso, se puede lograr ZT~1,7 a 815 K para material tipo p. ^[94]

Seleniuro de estaño

En 2014, investigadores de la Universidad Northwestern descubrieron que el seleniuro de estaño (SnSe) tiene un ZT de 2,6 a lo largo del eje b de la celda unitaria. ^{[95] [96]} Este fue el valor más alto informado hasta la fecha. Esto se atribuyó a una conductividad térmica extremadamente baja encontrada en la red de SnSe. Específicamente, el SnSe demostró una conductividad térmica reticular de 0,23 W·m ⁻¹ ·K ⁻¹ , mucho menor que los valores informados anteriormente de 0,5 W·m ⁻¹ ·K ⁻¹ y mayores. ^[97] Este material también exhibió un ZT de2,3 ± 0,3 a lo largo del eje c y0,8 ± 0,2 a lo largo del eje a. Estos resultados se obtuvieron a una temperatura de 923 K (650 °C). Como lo muestran las figuras siguientes, se descubrió que las métricas de rendimiento del SnSe mejoran significativamente a temperaturas más altas; Esto se debe a un cambio estructural. El factor de potencia, la conductividad y la conductividad térmica alcanzan sus valores óptimos a 750 K o más y parecen estabilizarse a temperaturas más altas. Sin embargo, otros grupos no han podido reproducir los datos de conductividad térmica en masa informados. ^[98]

Métricas de rendimiento de SnSe ^[97]

Aunque existe a temperatura ambiente en una estructura ortorrómbica con el grupo espacial Pnma, el SnSe sufre una transición a una estructura con mayor simetría, el grupo espacial Cmcm, a temperaturas más altas. ^[99] Esta estructura consta de planos Sn-Se que están apilados hacia arriba en la dirección a, lo que explica el bajo rendimiento fuera del plano (a lo largo del eje a). Tras la transición a la estructura Cmcm, SnSe mantiene su baja conductividad térmica pero exhibe mayor movilidad de portador. ^[97]

Un impedimento para un mayor desarrollo del SnSe es que tiene una concentración de portador relativamente baja: aproximadamente 10 ¹⁷  cm ⁻³ . Para agravar este problema está el hecho de que se ha informado que el SnSe tiene una baja eficacia antidopaje. ^[100]

Sin embargo, dichos materiales monocristalinos adolecen de la incapacidad de fabricar dispositivos útiles debido a su fragilidad, así como a su estrecho rango de temperaturas, donde se informa que ZT es alto.

En 2021, los investigadores anunciaron una forma policristalina de SnSe que era a la vez menos frágil y presentaba un ZT de 3,1. ^[101]

localización de anderson

La localización de Anderson es un fenómeno de la mecánica cuántica en el que los portadores de carga en un potencial aleatorio quedan atrapados en su lugar (es decir, están en estados localizados en lugar de estar en estados de dispersión si pudieran moverse libremente). ^[102] Esta localización evita que los portadores de carga se muevan, lo que inhibe su contribución a la conductividad térmica de un material, pero debido a que también reduce la conductividad eléctrica, se pensó que reducía ZT y era perjudicial para los materiales termoeléctricos. ^{[103] [104]} En 2019, se propuso que al localizar solo los portadores de carga minoritarios en un semiconductor dopado (es decir, agujeros en un semiconductor dopado n o electrones en un semiconductor dopado p), la localización de Anderson podría aumentar ZT. La conductividad térmica asociada con el movimiento de los portadores de carga minoritarios se reduciría mientras que la conductividad eléctrica del portador de carga mayoritario no se vería afectada. ^[105]

En 2020, investigadores de la Universidad Kyung Hee demostraron el uso de la localización de Anderson en un semiconductor de tipo n para mejorar las propiedades termoeléctricas de un material. Incorporaron nanopartículas de telururo de plata (Ag ₂ Te) en una matriz de telururo de plomo (PbTe). Ag ₂ Te sufre una transición de fase alrededor de 407 K. Por debajo de esta temperatura, tanto los huecos como los electrones se localizan en las nanopartículas de Ag ₂ Te, mientras que después de la transición, los huecos todavía están localizados, pero los electrones pueden moverse libremente en el material. Los investigadores pudieron aumentar ZT de 1,5 a más de 2,0 utilizando este método. ^[106]

Métodos de producción

Los métodos de producción de estos materiales se pueden dividir en técnicas basadas en crecimiento de polvo y cristales. Las técnicas basadas en polvo ofrecen una excelente capacidad para controlar y mantener la distribución, el tamaño de partícula y la composición del portador deseados. ^[107] En las técnicas de crecimiento de cristales, los dopantes a menudo se mezclan con la masa fundida, pero también se puede utilizar la difusión desde la fase gaseosa. ^[108] En las técnicas de fusión por zonas, los discos de diferentes materiales se apilan uno encima de otro y luego los materiales se mezclan entre sí cuando un calentador móvil provoca la fusión. En las técnicas de polvo, se mezclan diferentes polvos en una proporción variable antes de fundirlos o se apilan en diferentes capas antes de presionarlos y fundirlos.

Hay aplicaciones, como la refrigeración de circuitos electrónicos, en las que se requieren películas finas. Por lo tanto, los materiales termoeléctricos también se pueden sintetizar utilizando técnicas físicas de deposición de vapor . Otra razón para utilizar estos métodos es diseñar estas fases y proporcionar orientación para aplicaciones masivas.

Impresión 3d

Una mejora significativa en las habilidades de impresión 3D ha hecho posible que los componentes termoeléctricos se preparen mediante impresión 3D. Los productos termoeléctricos están hechos de materiales especiales que absorben calor y generan electricidad. El requisito de encajar geometrías complejas en espacios muy reducidos hace que la impresión 3D sea la técnica de fabricación ideal. ^[109] El uso de la fabricación aditiva en la producción de materiales termoeléctricos tiene varios beneficios. La fabricación aditiva permite la innovación en el diseño de estos materiales, facilitando geometrías intrincadas que de otro modo no serían posibles mediante los procesos de fabricación convencionales. Reduce la cantidad de material desperdiciado durante la producción y permite tiempos de respuesta más rápidos al eliminar la necesidad de herramientas y fabricación de prototipos, que pueden llevar mucho tiempo y ser costosos. ^[110]

Existen varias tecnologías importantes de fabricación aditiva que han surgido como métodos viables para la producción de materiales termoeléctricos, incluida la impresión por inyección de tinta continua, la impresión con dispensador, la serigrafía, la estereolitografía y la sinterización selectiva por láser . Cada método tiene sus propios desafíos y limitaciones, especialmente relacionados con la clase de material y la forma que se puede utilizar. Por ejemplo, se puede utilizar la sinterización selectiva por láser (SLS) con polvos metálicos y cerámicos, la estereolitografía (SLA) se debe utilizar con resinas curables que contienen dispersiones de partículas sólidas del material termoeléctrico elegido, y la impresión por inyección de tinta debe utilizar tintas que normalmente se sintetizan mediante dispersar polvos inorgánicos en un disolvente orgánico o preparar una suspensión. ^{[111] [112]}

La motivación para producir termoeléctricos mediante fabricación aditiva se debe al deseo de mejorar las propiedades de estos materiales, es decir, aumentar su factor de mérito termoeléctrico ZT y, por tanto, mejorar su eficiencia de conversión de energía . ^[113] Se han realizado investigaciones que demuestran la eficacia e investigan las propiedades de los materiales termoeléctricos producidos mediante fabricación aditiva. Se utilizó un método de fabricación aditiva basado en extrusión para imprimir con éxito telururo de bismuto (Bi ₂ Te ₃ ) con varias geometrías. Este método utilizó una tinta viscoelástica totalmente inorgánica sintetizada usando iones calcogenidometalato de Sb ₂ Te _{2 como aglutinantes para partículas basadas en Bi 2} Te ₃ . Los resultados de este método mostraron propiedades termoeléctricas homogéneas en todo el material y un factor de mérito termoeléctrico ZT de 0,9 para muestras tipo p y 0,6 para muestras tipo n. También se encontró que el coeficiente de Seebeck de este material aumenta con el aumento de la temperatura hasta alrededor de 200 °C. ^[114]

También se han realizado investigaciones innovadoras sobre el uso de sinterización selectiva por láser (SLS) para la producción de materiales termoeléctricos. Los polvos sueltos Bi ₂ Te ₃ se han impreso mediante SLS sin el uso de preprocesamiento o posprocesamiento del material, preformado de un sustrato o uso de materiales aglutinantes. Las muestras impresas alcanzaron una densidad relativa del 88% (en comparación con una densidad relativa del 92% en Bi ₂ Te ₃ fabricado convencionalmente ). Los resultados de las imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) mostraron una fusión adecuada entre las capas de materiales depositados. Aunque existían poros dentro de la región derretida, este es un problema general existente con las piezas fabricadas con SLS, que se produce como resultado de burbujas de gas que quedan atrapadas en el material derretido durante su rápida solidificación. Los resultados de la difracción de rayos X mostraron que la estructura cristalina del material estaba intacta después de la fusión con láser.

También se investigaron el coeficiente de Seebeck, el factor de mérito ZT, la conductividad eléctrica y térmica, el calor específico y la difusividad térmica de las muestras, a altas temperaturas de hasta 500 °C. De particular interés es el ZT de estas muestras de Bi ₂ Te ₃ , que disminuyeron al aumentar las temperaturas hasta alrededor de 300 °C, aumentaron ligeramente a temperaturas entre 300 y 400 °C y luego aumentaron bruscamente sin aumentar más la temperatura. El valor ZT más alto alcanzado (para una muestra de tipo n) fue aproximadamente 0,11.

Las propiedades del material termoeléctrico a granel de las muestras producidas con SLS tenían propiedades termoeléctricas y eléctricas comparables a las de los materiales termoeléctricos producidos con métodos de fabricación convencionales. Esta es la primera vez que se utiliza con éxito el método SLS de producción de material termoeléctrico. ^[113]

Propiedades mecánicas

Los materiales termoeléctricos se utilizan comúnmente en generadores termoeléctricos para convertir la energía térmica en electricidad. Los generadores termoeléctricos tienen la ventaja de no tener partes móviles y no requieren ninguna reacción química para la conversión de energía, lo que los distingue de otros recursos energéticos sostenibles como las turbinas eólicas y las células solares; Sin embargo, el rendimiento mecánico de los generadores termoeléctricos puede disminuir con el tiempo debido a la deformación plástica, la fatiga y la fluencia como resultado de estar sujetos a tensiones termomecánicas complejas y variables en el tiempo.

Tensiones termomecánicas en dispositivos termoeléctricos [115]

Efectos geométricos

En su investigación, Al-Merbati et al. ^[116] encontraron que los niveles de tensión alrededor de las esquinas de las patas de los dispositivos termoeléctricos eran altos y generalmente aumentaban más cerca del lado caliente. Sin embargo, cambiar a una geometría de pata trapezoidal redujo las tensiones térmicas. Erturún et al. ^[117] compararon varias geometrías de patas y descubrieron que el prisma rectangular y las patas cilíndricas experimentaron las mayores tensiones. Los estudios también han demostrado que el uso de piernas más delgadas y largas puede aliviar significativamente el estrés. ^{[118] [119] [120] [121]} Tachibana y Fang ^[122] estimaron la relación entre el estrés térmico, la diferencia de temperatura, el coeficiente de expansión térmica y las dimensiones del módulo. Descubrieron que el estrés térmico era proporcional a , donde L, α, ΔT y h son el espesor del módulo, los coeficientes de expansión térmica (CTE), la diferencia de temperatura y la altura de las patas, respectivamente. ${\displaystyle \$(L\cdot \alpha \cdot {\frac {\Delta T}{h}})^{2}\$}$

Efecto de las condiciones de contorno

Clin et al. ^[123] realizaron un análisis de elementos finitos para replicar las tensiones térmicas en un módulo termoeléctrico y concluyeron que las tensiones térmicas dependían de las condiciones de contorno mecánicas en el módulo y del desajuste de CTE entre varios componentes. Las esquinas de las piernas exhibieron tensiones máximas. En una investigación separada, Turenne et al. ^[124] examinaron la distribución de tensiones en grandes módulos termoeléctricos independientes y en aquellos rígidamente fijados entre dos superficies para el intercambio térmico. Aunque las condiciones límite alteraron significativamente la distribución de tensiones, los autores dedujeron que la carga de compresión externa en el módulo TE dio como resultado la creación de tensiones de compresión globales.

Efecto de la fatiga térmica

Los materiales termoeléctricos comúnmente contienen diferentes tipos de defectos, como dislocaciones, vacantes, fases secundarias y defectos antisitio. Estos defectos pueden afectar el desempeño termoeléctrico al evolucionar bajo las condiciones de servicio. En 2019, Yun Zheng et al. ^[125] estudiaron la fatiga térmica de materiales a base de beta y propusieron que su comportamiento de fatiga se puede reducir aumentando la tenacidad a la fractura mediante la introducción de poros, microfisuras o inclusiones con el compromiso inextricable de la resistencia a la fractura. ${\displaystyle {\ce {Bi_2Te_3}}}$

Efecto de los choques térmicos

Los materiales termoeléctricos pueden sufrir cargas de choque térmico a través de picos de temperatura de servicio, procesos de soldadura y metalización. La pata termoeléctrica se puede recubrir con metales para formar la barrera de difusión requerida (metalización) y sumergir la pata metalizada en un baño de aleación fundida (soldadura) para conectar la pata a la interconexión. En un estudio realizado por Pelletier et al. ^[126] Los discos termoeléctricos se apagaron con el fin de realizar experimentos de choque térmico. Se dieron cuenta de que el enfriamiento en un medio caliente ayudaba a la superficie de los discos a producir tensiones de compresión, a diferencia del núcleo, que desarrollaba tensiones de tracción. Se informó que los materiales anisotrópicos y los discos delgados desarrollan mayores tensiones máximas. También observaron fracturas de muestras durante el proceso de enfriamiento en un baño de soldadura a temperatura ambiente.

Efecto de las tensiones de tracción

Las tensiones térmicas se han cuantificado y estudiado ampliamente en módulos termoeléctricos a lo largo de los años, pero las tensiones de von Mises se informan comúnmente. La tensión de von Mises define una restricción sobre la fluencia plástica sin tener ninguna información sobre la naturaleza de la tensión.

Por ejemplo, en un estudio de Sakamoto et al. ^[127] Se investigó la estabilidad mecánica de una estructura de base que podría utilizar patas termoeléctricas en ángulo con interconexiones y sustratos eléctricos. Se calcularon las tensiones máximas de resistencia a la tracción y se compararon con la resistencia máxima a la tracción de diferentes materiales. Este enfoque puede resultar engañoso en el caso de materiales frágiles (como la cerámica), ya que no poseen una resistencia a la tracción definida. ${\displaystyle {\ce {Mg_2Si}}}$

Tensiones de desajuste térmico

En 2018, Chen et al. ^[128] investigaron la falla por agrietamiento del pilar de Cu que fue causada por la electromigración bajo carga de acoplamiento termoeléctrico. Demostraron que bajo una carga de acoplamiento termoeléctrico, se experimentará un calor de julios severo y una densidad de corriente que puede acumular tensión termomecánica y evolución de la microestructura. También señalaron que la diferencia en CTE entre los materiales en el paquete del chip invertido provoca una tensión de desajuste térmico que luego puede hacer que las cavidades se expandan a lo largo del cátodo hasta formar grietas. Además, vale la pena señalar que mencionaron que el acoplamiento termoeléctrico puede causar electromigración , microfisuras y delaminación debido a la temperatura y la concentración de tensiones que pueden fallar en los protuberancias de los pilares de Cu.

Tensiones de transformación de fase

La transformación de fase puede ocurrir en materiales termoeléctricos, así como en muchos otros materiales energéticos. Como señalaron Al Malki et al., ^[129] la transformación de fase puede conducir a una deformación plástica total cuando las tensiones internas de desajuste están sesgadas con la tensión de corte . La fase alfa se transforma en una fase cúbica centrada en el cuerpo. Liang et al. ^[130] mostraron que se observaba una grieta al calentar a 407 K mediante esta transformación de fase. ${\displaystyle {\ce {Ag_2S}}}$

Deformación por fluencia

La deformación por fluencia es un mecanismo dependiente del tiempo en el que la tensión se acumula a medida que un material se somete a tensiones externas o internas a una temperatura homóloga alta que excede T/Tm = 0,5 (donde T es el punto de fusión en K). ^[129] Este fenómeno puede surgir en dispositivos termoeléctricos después de funcionar durante un largo tiempo (es decir, meses o años). Se ha demostrado que las estructuras monocristalinas o de grano grueso son deseables como materiales resistentes a la fluencia. ^[131]

Aplicaciones

Refrigeración

Los materiales termoeléctricos se pueden utilizar como refrigeradores, llamados "enfriadores termoeléctricos" o "enfriadores Peltier" por el efecto Peltier que controla su funcionamiento. Como tecnología de refrigeración, el enfriamiento Peltier es mucho menos común que la refrigeración por compresión de vapor . Las principales ventajas de un refrigerador Peltier (en comparación con un refrigerador por compresión de vapor) son su falta de piezas móviles o refrigerante , y su pequeño tamaño y forma flexible (factor de forma). ^[132]

La principal desventaja de los refrigeradores Peltier es su baja eficiencia. Se estima que se necesitarían materiales con ZT>3 (alrededor de 20-30 % de eficiencia de Carnot) para reemplazar los refrigeradores tradicionales en la mayoría de las aplicaciones. ^[82] Hoy en día, los refrigeradores Peltier sólo se utilizan en aplicaciones específicas, especialmente a pequeña escala, donde la eficiencia no es importante. ^[132]

Generación de energía

La eficiencia termoeléctrica depende de la figura de mérito , ZT. No existe un límite superior teórico para ZT y, a medida que ZT se acerca al infinito, la eficiencia termoeléctrica se acerca al límite de Carnot . Sin embargo, hasta hace poco ninguna termoeléctrica conocida tenía un ZT>3. ^[133] En 2019, los investigadores informaron sobre un material con ZT aproximado entre 5 y 6. ^{[134] [135]}

A partir de 2010, los generadores termoeléctricos atienden nichos de aplicación donde la eficiencia y el costo son menos importantes que la confiabilidad, el peso ligero y el tamaño pequeño. ^{[136] [137]}

Los motores de combustión interna capturan entre el 20% y el 25% de la energía liberada durante la combustión del combustible. ^{[136] [138]} Aumentar la tasa de conversión puede aumentar el kilometraje y proporcionar más electricidad para los controles a bordo y las comodidades (controles de estabilidad, telemática, sistemas de navegación, frenado electrónico, etc.) ^[139] Puede ser posible cambiar la energía desde el motor (en ciertos casos) a la carga eléctrica del automóvil, por ejemplo, la dirección asistida eléctrica o el funcionamiento de la bomba de refrigerante eléctrica. ^{[136] [138]}

Las centrales eléctricas de cogeneración utilizan el calor producido durante la generación de electricidad para fines alternativos; siendo esto más rentable en industrias con altas cantidades de desperdicio de energía. ^[136]

La termoeléctrica puede encontrar aplicaciones en dichos sistemas o en la generación de energía solar térmica . ^{[136] [140]}

Ver también

• radio sin bateria
• efecto piroeléctrico
• Convertidor termoiónico

Referencias

1. Goldsmid, H. Julian (2016). Introducción a la Termoelectricidad. Serie Springer en Ciencia de Materiales. vol. 121. Berlín, Heidelberg: Springer Berlín Heidelberg. Bibcode : 2016 inh..libro.....G. doi :10.1007/978-3-662-49256-7. ISBN 978-3-662-49255-0.
2. Snyder, GJ; Toberer, ES (2008). "Materiales termoeléctricos complejos". Materiales de la naturaleza . 7 (2): 105-114. Código bibliográfico : 2008NatMa...7..105S. doi :10.1038/nmat2090. PMID  18219332.
3. Wang, H; Pei, Y; LaLonde, AD; Snyder, GJ (2012). "El acoplamiento débil electrón-fonón contribuye al alto rendimiento termoeléctrico en PbSe tipo n". Proc Natl Acad Sci Estados Unidos . 109 (25): 9705–9. Código Bib : 2012PNAS..109.9705W. doi : 10.1073/pnas.1111419109 . PMC 3382475 . PMID  22615358. 
4. Nolas, GS; Agudo, J.; Goldsmid, HJ (2001). Termoeléctrica: principios básicos y desarrollos de nuevos materiales. Serie Springer en Ciencia de Materiales. vol. 45. Berlín, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg Nueva York. doi :10.1007/978-3-662-04569-5. ISBN 3-540-41245-X.
5. Ioffe, AF (1960) Física de semiconductores , Academic Press Inc., Nueva York
6. M., Borrego, José (1962). Concentración óptima de impurezas en termoelementos semiconductores. Instituto de Tecnología de Massachusetts, Laboratorio de Semiconductores y Conversión de Energía, Departamento de Ingeniería Eléctrica OCLC  16320521.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
7. Kim, Hee Seok; Liu, Weishu; Chen, pandilla; Chu, Ching-Wu; Ren, Zhifeng (2015). "Relación entre figura de mérito termoeléctrica y eficiencia de conversión de energía". Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . 112 (27): 8205–8210. Código Bib : 2015PNAS..112.8205K. doi : 10.1073/pnas.1510231112 . PMC 4500231 . PMID  26100905. 
8. Snyder, GJ (2017). "Figura de mérito ZT de un dispositivo termoeléctrico definido a partir de las propiedades de los materiales". Energía y Ciencias Ambientales . 10 (11): 2280–2283. doi :10.1039/C7EE02007D.
9. Sherman, B.; Heikes, RR; Ure, RW (enero de 1960). "Cálculo de Eficiencia de Dispositivos Termoeléctricos". Revista de Física Aplicada . 31 (1): 1–16. Código Bib : 1960JAP....31....1S. doi :10.1063/1.1735380. ISSN  0021-8979.
10. Kim, Hee Seok; Liu, Weishu; Chen, pandilla; Chu, Ching-Wu; Ren, Zhifeng (7 de julio de 2015). "Relación entre figura de mérito termoeléctrica y eficiencia de conversión de energía". Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . 112 (27): 8205–8210. Código Bib : 2015PNAS..112.8205K. doi : 10.1073/pnas.1510231112 . ISSN  0027-8424. PMC 4500231 . PMID  26100905. 
11. Kim, DS; Infante Ferreira, CA (2008). "Opciones de refrigeración solar: una revisión de lo último". Revista Internacional de Refrigeración . 31 : 3–15. doi :10.1016/j.ijrefrig.2007.07.011.
12. Baranowski, LL; Toberer, ES; Snyder, GJ (2013). "La idea errónea de la potencia máxima y el factor de potencia en la termoeléctrica" ​​(PDF) . Revista de Física Aplicada . 115 : 126102. doi : 10.1063/1.4869140.
13. Timothy D. Sands (2005), Diseño de materiales termoeléctricos nanocompuestos
14. Slack GA., en Rowe 2018
15. Mahan, GD (1997). "Buenas Termoeléctricas". Física del estado sólido: avances en investigación y aplicaciones . vol. 51. Prensa académica. págs. 81-157. doi :10.1016/S0081-1947(08)60190-3. ISBN 978-0-12-607751-3.
16. Koumoto, Kunihito; Mori, Takao (20 de julio de 2013). Nanomateriales termoeléctricos: diseño y aplicaciones de materiales. Medios de ciencia y negocios de Springer. ISBN 978-3-642-37537-8.
17. Yanzhong, Pei; Heng, Wang; J., Snyder, G. (4 de diciembre de 2012). "Ingeniería de Bandas de Materiales Termoeléctricos". Materiales avanzados . 24 (46): 6125–6135. Código Bib : 2012AdM....24.6125P. doi :10.1002/adma.201202919. PMID  23074043. S2CID  205247155 . Consultado el 23 de octubre de 2015 .{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
18. Xing, Guangzong; Sol, Jifeng; Li, Yuwei; Fan, Xiaofeng; Zheng, Weitao; Singh, David J. (2017). "Función de aptitud electrónica para el cribado de semiconductores como materiales termoeléctricos". Materiales de revisión física . 1 (6): 065405. arXiv : 1708.04499 . Código Bib : 2017PhRvM...1f5405X. doi :10.1103/PhysRevMaterials.1.065405. S2CID  67790664.
19. Bhandari, CM en Rowe 2018, págs. 55–65
20. Cava, RJ (1990). "Química estructural y panorama de carga local de superconductores de óxido de cobre". Ciencia . 247 (4943): 656–62. Código Bib : 1990 Ciencia... 247..656C. doi : 10.1126/ciencia.247.4943.656. PMID  17771881. S2CID  32298034.
21. Dresselhaus, MS ; Chen, G .; Tang, MI; Yang, RG; Lee, H.; Wang, DZ; Ren, ZF; Fleurial, J.-P.; Gogna, P. (2007). "Nuevas direcciones para materiales termoeléctricos de bajas dimensiones" (PDF) . Materiales avanzados . 19 (8): 1043–1053. Código Bib : 2007AdM....19.1043D. doi :10.1002/adma.200600527. S2CID  31648320.
22. Pato joven Chung; Hogan, T.; Schindler, J.; Iordarridis, L.; Brazis, P.; Kannewurf, CR; Baoxing Chen; Uher, C.; Kanatzidis, MG (1997). "Calcogenuros de bismuto complejos como termoeléctricos". XVI TIC'97. Actas TIC'97. 16ª Conferencia Internacional sobre Termoeléctrica (Cat. No.97TH8291) . pag. 459. doi :10.1109/TIC.1997.667185. ISBN 978-0-7803-4057-2. S2CID  93624270.
23. Venkatasubramanian, Rama; Siivola, Eduardo; Colpitts, Thomas; O'Quinn, Brooks (2001). "Dispositivos termoeléctricos de película delgada con cifras de mérito a alta temperatura ambiente". Naturaleza . 413 (6856): 597–602. Código Bib :2001Natur.413..597V. doi :10.1038/35098012. PMID  11595940. S2CID  4428804.
24. Rowe 2018, cap. 27.
25. Heremans, JP; Jovovic, V.; Toberer, ES; Saramat, A.; Kurosaki, K.; Charoenphakdee, A.; Yamanaka, S.; Snyder, GJ (2008). "Mejora de la eficiencia termoeléctrica en PbTe mediante distorsión de la densidad electrónica de los estados" (PDF) . Ciencia . 321 (5888): 554–7. Código Bib : 2008 Ciencia... 321..554H. doi : 10.1126/ciencia.1159725. PMID  18653890. S2CID  10313813.
26. Pei, Yanzhong; Lalonde, Aarón; Iwanaga, Shiho; Snyder, G. Jeffrey (2011). "Alta cifra de mérito termoeléctrico en PbTe dominado por agujeros pesados" (PDF) . Energía y ciencias ambientales . 4 (6): 2085. doi : 10.1039/C0EE00456A.
27. Pei, Yanzhong; Shi, Xiaoya; Lalonde, Aarón; Wang, Heng; Chen, Lidong; Snyder, G. Jeffrey (2011). «Convergencia de bandas electrónicas para termoeléctricos a granel de alto rendimiento» (PDF) . Naturaleza . 473 (7345): 66–9. Código Bib :2011Natur.473...66P. doi : 10.1038/naturaleza09996. PMID  21544143. S2CID  4313954.
28. Rápido, Darren (20 de septiembre de 2012). "Desarrollado el material termoeléctrico más eficiente del mundo". Gizmag . Consultado el 16 de diciembre de 2014 .
29. Biswas, K.; Él, J.; Blum, identificación; Wu, CI; Hogan, TP; Seidman, DN; Dravid, vicepresidente; Kanatzidis, MG (2012). "Termoeléctricas a granel de alto rendimiento con arquitecturas jerárquicas a toda escala". Naturaleza . 489 (7416): 414–418. Código Bib :2012Natur.489..414B. doi : 10.1038/naturaleza11439. PMID  22996556. S2CID  4394616.
30. Rowe 2018, 32–33.
31. Gatti, C., Bertini, L., Blake, NP e Iversen, BB (2003). "Interacción huésped-marco en clatratos inorgánicos tipo I con propiedades termoeléctricas prometedoras: sobre la naturaleza iónica versus neutra del metal alcalinotérreo huésped A en A ₈ Ga ₁₆ Ge ₃₀ (A = Sr, Ba)". Química: una revista europea . 9 (18): 4556–68. doi :10.1002/chem.200304837. PMID  14502642.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
32. Nolas, GS, ed. (2014). Física y química de los clatratos inorgánicos . Serie Springer en Ciencia de Materiales. vol. 199. Springer Países Bajos. Bibcode :2014pcic.libro.....N. doi :10.1007/978-94-017-9127-4. ISBN 978-94-017-9126-7. S2CID  92675824.
33. Martín, J., Nolas, GS, Wang, H., Yang, J. (2007). "Propiedades termoeléctricas de los clatratos de silicio-germanio tipo I". Revista de Física Aplicada . 102 (10): 103719–103719–6. Código Bib : 2007JAP...102j3719M. doi :10.1063/1.2817400. ISSN  0021-8979.
34. Martín, J., Wang, H., Nolas, GS (2008). "Optimización de las propiedades termoeléctricas de Ba8Ga16Ge30". Letras de Física Aplicada . 92 (22): 222110. Código bibliográfico : 2008ApPhL..92v2110M. doi : 10.1063/1.2939438. ISSN  0003-6951.
35. Beekman, M., Nolas, GS (2008). "Materiales clatrato-II inorgánicos del grupo 14: rutas sintéticas y propiedades físicas". Revista de Química de Materiales . 18 (8): 842–851. doi :10.1039/B706808E. ISSN  0959-9428.
36. Beekman, M., Nenghabi, EN, Biswas, K., Myles, CW, Baitinger, M., Grin, Y., Nolas, GS (2010). "Contracción de la estructura en Si relleno de Na (cF 136)". Química Inorgánica . 49 (12): 5338–5340. doi :10.1021/ic1005049. ISSN  0020-1669. PMID  20503981.
37. Stefanoski, S., Malliakas, CD, Kanatzidis, MG, Nolas, GS (2012). "Síntesis y caracterización estructural de monocristales de Na xSi 136 (0 <x ≤ 24) y transporte a baja temperatura de muestras policristalinas". Química Inorgánica . 51 (16): 8686–8692. doi :10.1021/ic202199t. ISSN  0020-1669. PMID  22873348.
38. Rowe 2018, cap. 32–33.
39. Hirayama, Naomi; Iida, Tsutomu; Sakamoto, Mariko; Nishio, Keishi; Hamada, Noriaki (2019). "Dopaje tipo p con impurezas sustitucionales e intersticiales de Mg2Si termoeléctrico: un estudio teórico". Ciencia y Tecnología de Materiales Avanzados . 20 (1): 160-172. Código Bib : 2019STAdM..20..160H. doi :10.1080/14686996.2019.1580537. PMC 6419642 . PMID  30891103. 
40. Khan, AU; Vlachos, N; Kyratsi, Th (2013). "Alto factor de mérito termoeléctrico de materiales Mg ₂ Si _{0,55 − x} Sn _0,4 Ge _0,05 dopados con Bi y Sb". Scripta Materialia . 69 (8): 606–609. doi :10.1016/j.scriptamat.2013.07.008.
41. Rowe 2018, cap. 34.
42. Nolas, GS; Slack, Georgia; Morelli, DT; Tritt, TM; Ehrlich, AC (1996). "El efecto del relleno de tierras raras sobre la conductividad térmica de la red de skutteruditas". Revista de Física Aplicada . 79 (8): 4002. Código bibliográfico : 1996JAP....79.4002N. doi : 10.1063/1.361828.
43. Khan, Atta U.; Kobayashi, Kazuaki; Tang, Dai-Ming; Yamauchi, Yasuke; Hasegawa, Kotone; Mitome, Masanori; Xue, Yanming; Jiang, Baozhen; Tsuchiay, Koichi; Dmitri, Golberg; Mori, Takao (2017). "Skutteruditas nanomicroporosas con 100% de mejora en ZT para termoelectricidad de alto rendimiento". Nanoenergía . 31 : 152-159. doi : 10.1016/j.nanoen.2016.11.016 .
44. "Las 'baterías nucleares' de naves espaciales podrían obtener un impulso con nuevos materiales". Noticias del JPL . Laboratorio de Propulsión a Chorro. 13 de octubre de 2016.
45. Rowe 2018, cap. 35.
46. Ohtaki, Michitaka (2011). "Aspectos recientes de los materiales termoeléctricos de óxido para la generación de energía a partir de fuentes de calor de temperatura media a alta". Revista de la Sociedad de Cerámica de Japón . 119 (11): 770–775. doi : 10.2109/jcersj2.119.770 . hdl : 2324/25707 .
47. Matsuno, Jobu; Fujioka, junio; Okuda, Tetsuji; Ueno, Kazunori; Mizokawa, Takashi; Katsufuji, Takuro (2018). "Óxidos fuertemente correlacionados para la recolección de energía". Ciencia y Tecnología de Materiales Avanzados . 19 (1): 899–908. Código Bib : 2018STAdM..19..899M. doi :10.1080/14686996.2018.1529524. PMC 6454405 . PMID  31001365. 
48. Música, D.; Schneider, JM (2015). "Evaluación crítica del colosal coeficiente de Seebeck del rutilo nanoestructurado MnO2". Revista de Física: Materia Condensada . 27 (11): 115302. Código bibliográfico : 2015JPCM...27k5302M. doi :10.1088/0953-8984/27/11/115302. PMID  25730181. S2CID  25518753.
49. Música, D.; Chen, Y.-T.; Bliem, P.; Geyer, RW (2015). _{"Transición amorfa-cristalina en NbO 2} termoeléctrico ". Revista de Física D: Física Aplicada . 48 (27): 275301. Código bibliográfico : 2015JPhD...48.5301M. doi :10.1088/0022-3727/48/27/275301. S2CID  120464503.
50. Onozato, T.; Katase, T.; Yamamoto, A.; et al. (2016). "Propiedades optoelectrónicas del óxido de niobio amorfo controlado por el estado de valencia". Revista de Física: Materia Condensada . 28 (25): 255001. Código bibliográfico : 2016JPCM...28y5001O. doi :10.1088/0953-8984/28/25/255001. PMID  27168317. S2CID  46879479.
51. Lu, Xu; Morelli, Donald T.; Xia, Yi; Zhou, Fei; Ozolinas, Vidvuds; Chi, colgar; Zhou, Xiaoyuan; Uher, Ctirad (marzo de 2013). "Termoelectricidad de alto rendimiento en compuestos abundantes en la Tierra basados ​​en tetraedritas minerales naturales". Materiales Energéticos Avanzados . 3 (3): 342–348. Código Bib : 2013AdEnM...3..342L. doi :10.1002/aenm.201200650. hdl : 2027.42/97156 . S2CID  51796822.
52. Khan, Atta Ullah; Orabi, Rabih Al Rahal Al; Pakdel, Amir; Vaney, Jean-Baptiste; Fuente, Bruno; Gautier, Régis; Halet, Jean-François; Mitani, Seiji; Mori, Takao (11 de abril de 2017). "Sb Dopaje de CuCr 2 S 4 metálico como ruta hacia propiedades termoeléctricas altamente mejoradas". Química de Materiales . 29 (7): 2988–2996. doi : 10.1021/acs.chemmater.6b05344.
53. Largo, Sebastián DO; Powell, Antonio V.; Vaqueiro, Paz; Hull, Stephen (23 de enero de 2018). "Alto rendimiento termoeléctrico de la bornita mediante el control del contenido de Cu (II) y la concentración de vacantes" (PDF) . Química de Materiales . 30 (2): 456–464. doi : 10.1021/acs.chemmater.7b04436.
54. Lesnyak, Vladimir; Brescia, Rosaria; Mesina, Gabriele C.; Maná, Liberato (29 de julio de 2015). "Las vacantes de Cu impulsan las reacciones de intercambio catiónico en nanocristales de seleniuro de cobre". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 137 (29): 9315–9323. doi :10.1021/jacs.5b03868. PMC 4521286 . PMID  26140622. 
55. Hodges, James M.; Kletetschka, Karel; Fenton, Julie L.; Leer, Carlos G.; Schaak, Raymond E. (20 de julio de 2015). "Reacciones secuenciales de intercambio aniónico y catiónico para transformaciones materiales completas de nanopartículas con retención morfológica". Edición internacional Angewandte Chemie . 54 (30): 8669–8672. doi :10.1002/anie.201504099. PMID  26110653.
56. Lu, Xu; Morelli, Donald T.; Xia, Yi; Zhou, Fei; Ozolinas, Vidvuds; Chi, colgar; Zhou, Xiaoyuan; Uher, Ctirad (2013). "Termoelectricidad de alto rendimiento en compuestos abundantes en la Tierra basados ​​en tetraedritas minerales naturales". Materiales Energéticos Avanzados . 3 (3): 342–348. Código Bib : 2013AdEnM...3..342L. doi :10.1002/aenm.201200650. hdl : 2027.42/97156 . S2CID  51796822.
57. Largo, Sebastián DO; Powell, Antonio V.; Vaqueiro, Paz; Hull, Stephen (23 de enero de 2018). "Alto rendimiento termoeléctrico de la bornita mediante el control del contenido de Cu (II) y la concentración de vacantes" (PDF) . Química de Materiales . 30 (2): 456–464. doi : 10.1021/acs.chemmater.7b04436.
58. Largo, Sebastián DO; Powell, Antonio V.; Vaqueiro, Paz; Hull, Stephen (23 de enero de 2018). "Alto rendimiento termoeléctrico de la bornita mediante el control del contenido de Cu (II) y la concentración de vacantes" (PDF) . Química de Materiales . 30 (2): 456–464. doi : 10.1021/acs.chemmater.7b04436.
59. Huang, Lihong; Zhang, Qinyong; Yuan, Bo; Lai, Xiang; Yan, Xiao; Ren, Zhifeng (2016). "Avances recientes en materiales termoeléctricos medio Heusler". Boletín de investigación de materiales . 76 : 107-112. doi :10.1016/j.materresbull.2015.11.032.
60. Yan, Xiao; Joshi, Giri; Liu, Weishu; Lan, Yucheng; Wang, Hui; Lee, Sangyeop; Simonson, JW; Poon, SJ; Tritt, TM; Chen, pandilla; Ren, ZF (2011). "Figura de mérito termoeléctrica mejorada de Half-Heuslers tipo p". Nano Letras . 11 (2): 556–560. Código Bib : 2011NanoL..11..556Y. doi :10.1021/nl104138t. PMID  21186782.
61. Kimura, Yoshisato; Ueno, Hazuki; Mishima, Yoshinao (2009). "Propiedades termoeléctricas de aleaciones de NiSn (Ma, M b = Hf, Zr, Ti) semiheusler (Ma ^{0,5 ,} M ^b 0,5) _{solidificadas} direccionalmente ^" _. Revista de Materiales Electrónicos . 38 (7): 934–939. doi :10.1007/s11664-009-0710-x. S2CID  135974684.
62. Tian, ​​R.; Wan, C.; Hayashi, N.; Aoai, T. (marzo de 2018). "Termoeléctricas portátiles y flexibles para captación de energía". Boletín SRA . 43 (3): 193–198. Código Bib : 2018MRSBu..43..193T. doi :10.1557/señora.2018.8. S2CID  139346335.
63. Petsagkourakis, Ioannis; Tybrandt, Klas; Crispín, Xavier; Ohkubo, Isao; Satoh, Norifusa; Mori, Takao (2018). "Materiales termoeléctricos y aplicaciones para la generación de energía mediante captación de energía". Ciencia y Tecnología de Materiales Avanzados . 19 (1): 836–862. Código Bib : 2018STAdM..19..836P. doi :10.1080/14686996.2018.1530938. PMC 6454408 . PMID  31001364. 
64. Bannych, A.; Katz, S.; Barkay, Z.; Lachman, N. (junio de 2020). "Preservar la suavidad y la recuperación elástica en electrodos estirables a base de silicona utilizando nanotubos de carbono". Polímeros . 12 (6): 1345. doi : 10.3390/polym12061345 . PMC 7362250 . PMID  32545911. 
65. Chung, DDL (octubre de 2018). "Materiales compuestos estructurales y no estructurales de matriz de polímero termoeléctrico". Investigación avanzada de polímeros industriales y de ingeniería . 1 (1): 61–65. doi : 10.1016/j.aiepr.2018.04.001 .
66. Nandihalli, N.; Liu, C.; Mori, Takao (diciembre de 2020). "Dispositivos y materiales nanocompuestos termoeléctricos a base de polímeros: fabricación y características". Nanoenergía . 78 : 105186. doi : 10.1016/j.nanoen.2020.105186 .
67. Okhay, O.; Tkach, A. (abril de 2021). "Impacto del grafeno u óxido de grafeno reducido en el rendimiento de los compuestos termoeléctricos". C . 7 (2): 37. doi : 10.3390/c7020037 .
68. Peng, J.; Witting, yo; Grayson, M.; Snyder, GJ; Yan, X. (diciembre de 2019). "Hilos termoeléctricos compuestos extruidos en 3D para una recolección de energía flexible". Comunicaciones de la naturaleza . 10 (1): 5590. Código bibliográfico : 2019NatCo..10.5590P. doi : 10.1038/s41467-019-13461-2 . PMC 6897922 . PMID  31811127. 
69. Zhan, Tianzhuo; Yamato, Ryo; Hashimoto, Shuichiro; Tomita, Motohiro; Oba, Shunsuke; Himeda, Yuya; Mesaki, Kohei; Takezawa, Hiroki; Yokogawa, Ryo; Xu, Yibin; Matsukawa, Takashi; Ogura, Atsushi; Kamakura, Yoshinari; Watanabe, Takanobu (2018). "Generador microtermoeléctrico de nanocables de Si planar miniaturizado que utiliza un campo térmico exudado para la generación de energía". Ciencia y Tecnología de Materiales Avanzados . 19 (1): 443–453. Código Bib : 2018STAdM..19..443Z. doi :10.1080/14686996.2018.1460177. PMC 5974757 . PMID  29868148. 
70. Nakamura, Yoshiaki (2018). "Diseño de nanoestructura para una reducción drástica de la conductividad térmica preservando al mismo tiempo una alta conductividad eléctrica". Ciencia y Tecnología de Materiales Avanzados . 19 (1): 31–43. Código Bib : 2018STAdM..19...31N. doi :10.1080/14686996.2017.1413918. PMC 5769778 . PMID  29371907. 
71. Kandemir, Ali; Ozden, Ayberk; Cagin, Tahir; Sevik, Cem (2017). "Ingeniería de conductividad térmica de nanoarquitecturas de Si-Ge unidimensionales y masivas". Ciencia y Tecnología de Materiales Avanzados . 18 (1): 187–196. Código Bib : 2017STAdM..18..187K. doi :10.1080/14686996.2017.1288065. PMC 5404179 . PMID  28469733. 
72. "Los materiales termoeléctricos mejorados pueden impulsar la ley de Moore". KurzweilAI. 2 de septiembre de 2013.
73. Voneshen, DJ; Refson, K.; Borisenko, E.; Krisch, M.; Bosak, A.; Piovano, A.; Cemal, E.; Enderle, M.; Gutmann, MJ; Hoesch, M.; Roger, M.; Gannon, L.; Boothroyd, AT; Uthayakumar, S.; Porter, director general; Goff, JP (2013). "Supresión de la conductividad térmica mediante modos de ruido en cobaltato de sodio termoeléctrico" (PDF) . Materiales de la naturaleza . 12 (11): 1028-1032. Código Bib : 2013NatMa..12.1028V. doi :10.1038/nmat3739. PMID  23975057.
74. Nolas, GS; Goldsmid, HJ (2002). "La figura del mérito en la termoeléctrica amorfa". Estado físico Solidi A. 194 (1): 271–276. Código Bib : 2002PSSAR.194..271N. doi :10.1002/1521-396X(200211)194:1<271::AID-PSSA271>3.0.CO;2-T.
75. Gonçalves, AP; López, EB; Rouleau, O.; Godart, C. (2010). "Vidrios conductores como nuevos materiales termoeléctricos potenciales: el caso Cu-Ge-Te". Revista de Química de Materiales . 20 (8): 1516-1521. doi :10.1039/B908579C. S2CID  56230957.
76. Música, D.; Geyer, RW; Hans, M. (2016). "Exploración de alto rendimiento de las propiedades termoeléctricas y mecánicas del NbO ₂ amorfo con adiciones de metales de transición". Revista de Física Aplicada . 120 (4): 045104. Código bibliográfico : 2016JAP...120d5104M. doi :10.1063/1.4959608.
77. Fujimoto, Y.; Uenuma, M.; Ishikawa, Y.; Uraoka, Y. (2015). "Análisis de las propiedades termoeléctricas de la película delgada amorfa de InGaZnO mediante el control de la concentración de portador". Avances de la AIP . 5 (9): 097209. Código bibliográfico : 2015AIPA....5i7209F. doi : 10.1063/1.4931951 .
78. Zhou, Y.; Tan, Q.; Zhu, J.; Li, S.; Liu, C.; Lei, Y.; Li, L. (2015). "Propiedades termoeléctricas de películas delgadas amorfas de Zr-Ni-Sn depositadas mediante pulverización catódica con magnetrón". Revista de Materiales Electrónicos . 44 (6): 1957-1962. Código Bib : 2015JEMat..44.1957Z. doi : 10.1007/s11664-014-3610-7 .
79. Takiguchi, H.; Yoshikawa, Z.; Miyazaki, H.; Okamoto, Y.; Morimoto, J. (2010). "El papel del Au en las propiedades termoeléctricas de películas delgadas amorfas de Ge/Au y Si/Au". Revista de Materiales Electrónicos . 39 (9): 1627–1633. Código Bib : 2010JEMat..39.1627T. doi :10.1007/s11664-010-1267-4. S2CID  54579660.
80. Ramesh, KV; Sastry, DL (2007). "Conductividad eléctrica de CC, mediciones de potencia termoeléctrica de vidrios de vanadato de plomo sustituido con TiO ₂ ". Física B. 387 (1–2): 45–51. Código Bib : 2007PhyB..387...45R. doi :10.1016/j.physb.2006.03.026.
81. Rowe 2018, cap. 38.
82. Harman, TC; Taylor, PJ; Walsh, diputado; Laforge, BE (2002). "Materiales y dispositivos termoeléctricos de superred de puntos cuánticos" (PDF) . Ciencia . 297 (5590): 2229–32. Código Bib : 2002 Ciencia... 297.2229H. doi : 10.1126/ciencia.1072886. PMID  12351781. S2CID  18657048.
83. Rowe 2018, cap. 40.
84. Rowe 2018, cap. 41.
85. Anno, Yuki; Imakita, Yuki; Takei, Kuniharu; Akita, Seiji; Arie, Takayuki (2017). "Mejora del rendimiento termoeléctrico del grafeno mediante ingeniería de defectos". Materiales 2D . 4 (2): 025019. Código bibliográfico : 2017TDM..... 4b5019A. doi : 10.1088/2053-1583/aa57fc .
86. , X.; Wu, X.; Zhang, T.; Dios b; Luo, T. (2014). "Transporte térmico en óxido de grafeno: desde el extremo balístico hasta el límite amorfo". Informes científicos . 4 : 3909. Código Bib : 2014NatSR...4E3909M. doi :10.1038/srep03909. PMC 3904152 . PMID  24468660. 
87. Cataldi, Pietro; Cassinelli, Marco; Heredia Guerrero, José; Guzmán-Puyol, Susana; Naderizadeh, Sara; Athanassiou, Atanasia; Caironi, Mario (2020). "Biocompuestos verdes para aplicaciones portátiles termoeléctricas". Materiales funcionales avanzados . 30 (3): 1907301. doi : 10.1002/adfm.201907301. S2CID  208760903.
88. Año, Yuki; Takei, Kuniharu; Akita, Seiji; Arie, Takayuki (2014). "Síntesis artificialmente controlada de heterouniones intramoleculares de grafeno para ingeniería de fonones". Estado físico Solidi RRL . 8 (8): 692–697. Código Bib : 2014PSSRR...8..692A. doi :10.1002/pssr.201409210. S2CID  97144447.
89. Chen, Shanshan; Li, Qiongyu; Zhang, Qimin; Qu, Yan; Ji, Hengxing; Ruoff, Rodney S; Cai, Weiwei (2012). "Medidas de conductividad térmica de grafeno suspendido con y sin arrugas mediante mapeo micro-Raman". Nanotecnología . 23 (36): 365701. Código bibliográfico : 2012 Nanot..23J5701C. doi :10.1088/0957-4484/23/36/365701. PMID  22910228. S2CID  15154844.
90. Rowe 2018, cap. 16, 39.
91. Rowe 2018, cap. 39.
92. Rowe 2018, cap. 49.
93. Minnich, AJ; Dresselhaus, MS; Ren, ZF; Chen, G. (2009). "Materiales termoeléctricos nanoestructurados a granel: investigación actual y perspectivas de futuro". Energía y ciencias ambientales . 2 (5): 466.doi : 10.1039/b822664b. S2CID  14722249.
94. Biswas, Kanishka; Él, Jiaqing; Zhang, Qichun; Wang, Guoyu; Uher, Ctirad; Dravid, Vinayak P.; Kanatzidis, Mercouri G. (2011). "Nanoestructura endotaxial deformada con alto factor de mérito termoeléctrico". Química de la Naturaleza . 3 (2): 160–6. Código bibliográfico : 2011NatCh...3..160B. doi :10.1038/nchem.955. PMID  21258390.
95. Zhao, Li-Dong; He aquí, Shih-Han; Zhang, Yongsheng; Sol, Hui; Bronceado, Gangjian; Uher, Ctirad; Wolverton, C.; Dravid, Vinayak P.; Kanatzidis, Mercouri G. (2014). "Conductividad térmica ultrabaja y alto factor de mérito termoeléctrico en cristales de SnSe". Naturaleza . 508 (7496): 373–7. Código Bib :2014Natur.508..373Z. doi : 10.1038/naturaleza13184. PMID  24740068. S2CID  205238132.
96. Zhang, H.; Talapin, DV (2014). "Selenuro de estaño termoeléctrico: la belleza de la simplicidad". Angélica. Química. En t. Ed . 53 (35): 9126–9127. doi :10.1002/anie.201405683. PMID  25044424.
97. Zhao, LD.; He aquí, SH.; Zhang, Y.; Sol, H.; Espiga.; Uher, C.; Wolverton, C.; Dravid, V.; Kanatzidis, M. (2014). "Conductividad térmica ultrabaja y alto factor de mérito termoeléctrico en cristales de SnSe". Naturaleza . 508 (7496): 373–377. Código Bib :2014Natur.508..373Z. doi : 10.1038/naturaleza13184. PMID  24740068. S2CID  205238132.
98. Zhao, Li-Dong; He aquí, Shih-Han; Zhang, Yongsheng; Sol, Hui; Bronceado, Gangjian; Uher, Ctirad; Wolverton, C.; Dravid, Vinayak P.; Kanatzidis, Mercouri G. (2014). "Conductividad térmica ultrabaja y alto factor de mérito termoeléctrico en cristales de Sn Se ". Naturaleza . 508 (7496): 373–377. Código Bib :2014Natur.508..373Z. doi : 10.1038/naturaleza13184. PMID  24740068. S2CID  205238132.
99. Bernardes-Silva, Ana Cláudia; Mesquita, AF; Neto, E. de Moura; Oporto, AO; Ardisson, JD; Lima, GM de; Lameiras, FS (2005). "Caracterización por espectroscopia XRD y ¹¹⁹ Sn Mossbauer de SnSe obtenido por ruta química simple". Boletín de investigación de materiales . 40 (9): 1497-1505. doi :10.1016/j.materresbull.2005.04.021.
100. Chen, CL.; Wang, H.; Chen, YY.; Daya, T.; Snyder, GJ (2014). "Propiedades termoeléctricas del SnSe policristalino tipo p dopado con Ag" (PDF) . J. Mater. Química. A . 2 (29): 11171. doi : 10.1039/c4ta01643b.
101. Irving, Michael (3 de agosto de 2021). "El material termoeléctrico extremadamente eficiente recicla el calor residual". Nuevo Atlas . Consultado el 3 de agosto de 2021 .
102. Anderson, PW (1 de marzo de 1958). "Ausencia de difusión en determinadas redes aleatorias". Revisión física . 109 (5): 1492-1505. Código bibliográfico : 1958PhRv..109.1492A. doi : 10.1103/PhysRev.109.1492. ISSN  0031-899X.
103. Izawa, Tetsumi; Takashima, Kengo; Yamamoto, Takahiro (noviembre de 2016). "Optimización inducida por trastorno de bordes del rendimiento termoeléctrico de nanocintas de grafeno de longitud finita". Análisis de superficies y de interfaces . 48 (11): 1210-1213. doi :10.1002/sia.6095. ISSN  0142-2421. S2CID  99840055.
104. Adessi, cap.; Tebaud, S.; Bouzerar, R.; Bouzerar, G. (15 de junio de 2017). "Investigación del primer principio sobre las propiedades termoeléctricas de dichaslcogenuros de metales de transición: más allá del modelo de banda rígida". La Revista de Química Física C. 121 (23): 12577–12584. doi : 10.1021/acs.jpcc.7b02570. ISSN  1932-7447.
105. Tian, ​​Zhiting (23 de abril de 2019). "¿Localización de Anderson para mejores termoeléctricas?". ACS Nano . 13 (4): 3750–3753. doi : 10.1021/acsnano.9b02399. ISSN  1936-0851. PMID  30973217. S2CID  108295349.
106. Lee, Min Ho; Yun, Jae Hyun; Kim, Gareoung; Lee, Ji Eun; Parque, Su-Dong; Reith, Heiko; Schierning, Gabi; Nielsch, Konelius; Ko, Wonhee; Li, An-Ping; Rhyee, Jong-Soo (23 de abril de 2019). "Mejora sinérgica del rendimiento termoeléctrico mediante la transición de localización-deslocalización de Anderson de carga selectiva en nanocompuesto de PbTe / Ag 2 Te bidopado de tipo n". ACS Nano . 13 (4): 3806–3815. doi : 10.1021/acsnano.8b08579. ISSN  1936-0851. PMID  30735348. S2CID  73433892.
107. Yazdani, Sajad; Pettes, Michael Thompson (26 de octubre de 2018). "Autoensamblaje a nanoescala de materiales termoeléctricos: una revisión de enfoques basados ​​en la química". Nanotecnología . 29 (43): 432001. Bibcode : 2018Nanot..29Q2001Y. doi : 10.1088/1361-6528/aad673 . ISSN  0957-4484. PMID  30052199.
108. Él, Jian; Tritt, Terry M. (29 de septiembre de 2017). "Avances en la investigación de materiales termoeléctricos: mirando hacia atrás y avanzando". Ciencia . 357 (6358): eak9997. doi : 10.1126/ciencia.aak9997 . ISSN  0036-8075. PMID  28963228.
109. Wang, Liming; Zhang, Zimeng; Geng, Linxiao; Yuan, Tianyu; Liu, Yuchen; Guo, Juchen; Colmillo, Lei; Qiu, Jingjing; Wang, Shiren (2018). "Híbridos orgánicos/inorgánicos de fullereno / TiS ₂ imprimibles en solución para termoeléctricos flexibles de tipo n de alto rendimiento". Energía y ciencias ambientales . 11 (5): 1307-1317. doi :10.1039/c7ee03617e.
110. Departamento de Energía de EE. UU. (2015). "Revisión cuatrienal de tecnología 2015, capítulo 6: Tecnologías innovadoras de energía limpia en la fabricación avanzada" (PDF) . Consultado el 17 de noviembre de 2020 .
111. Kim, Federico; Kwon, Beomjin; Eom, Youngho; Lee, Ji Eun; Parque, Sangmin; Jo, Seungki; Parque, Sung Hoon; Kim, Bong-Seo; Soy, Hye Jin (2018). "Impresión 3D de materiales termoeléctricos de forma adaptable utilizando tintas totalmente inorgánicas a base de Bi ₂ Te ₃ ". Energía de la naturaleza . 3 (4): 301–309. Código Bib : 2018NatEn...3..301K. doi :10.1038/s41560-017-0071-2. S2CID  139489568.
112. Orril, Michael; LeBlanc, Saniya (15 de enero de 2017). "Materiales y dispositivos termoeléctricos impresos: Técnicas de fabricación, ventajas y desafíos: REVISIÓN". Revista de ciencia aplicada de los polímeros . 134 (3). doi : 10.1002/aplicación.44256 .
113. Zhang, Haidong; Hobbis, decano; Nolas, George S.; LeBlanc, Saniya (14 de diciembre de 2018). "Fabricación aditiva por láser de telururo de bismuto en polvo". Revista de investigación de materiales . 33 (23): 4031–4039. Código Bib : 2018JMatR..33.4031Z. doi :10.1557/jmr.2018.390. ISSN  0884-2914. S2CID  139907097.
114. Kim, Federico; Kwon, Beomjin; Eom, Youngho; Lee, Ji Eun; Parque, Sangmin; Jo, Seungki; Parque, Sung Hoon; Kim, Bong-Seo; Soy, Hye Jin; Lee, Min Ho; Min, Tae Sik (abril de 2018). "Impresión 3D de materiales termoeléctricos de forma adaptable utilizando tintas totalmente inorgánicas a base de Bi 2 Te 3". Energía de la naturaleza . 3 (4): 301–309. Código Bib : 2018NatEn...3..301K. doi :10.1038/s41560-017-0071-2. ISSN  2058-7546. S2CID  139489568.
115. Ren, Zhifeng; Lan, Yucheng; Zhang, Qinyong (6 de noviembre de 2017), "Introducción a materiales, contactos, dispositivos y sistemas termoeléctricos", Termoelectricidad avanzada , Boca Raton, FL: CRC Press, Taylor & Francis Group, [2017] | Serie: Serie sobre ciencia e ingeniería de materiales: CRC Press, págs. 3–8, doi :10.1201/9781315153766-1, ISBN 978-1-315-15376-6, recuperado el 11 de mayo de 2023{{citation}}: CS1 maint: location (link)
116. Al-Merbati, AS; Yilbas, BS; Sahin, Arizona (10 de enero de 2013). "Análisis de termodinámica y tensión térmica del generador de energía termoeléctrica: influencia de la geometría del pasador en el rendimiento del dispositivo". Ingeniería Térmica Aplicada . 50 (1): 683–692. Código Bib : 2013AppTE..50..683A. doi :10.1016/j.applthermaleng.2012.07.021. ISSN  1359-4311.
117. Erturún, Ugur; Erermis, Kaan; Mossi, Karla (diciembre de 2014). "Efecto de varias geometrías de patas sobre el rendimiento termomecánico y de generación de energía de dispositivos termoeléctricos". Ingeniería Térmica Aplicada . 73 (1): 128-141. Código Bib : 2014AppTE..73..128E. doi :10.1016/j.applthermaleng.2014.07.027.
118. Suhir, E.; Shakouri, A. (noviembre de 2012). "Ensamblaje unido en los extremos: ¿Podrían unas patas más delgadas y más largas dar como resultado una menor tensión térmica en el diseño de un módulo termoeléctrico?". Revista de Mecánica Aplicada . Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos . 79 (6): 061010. Código bibliográfico : 2012JAM....79f1010S. doi : 10.1115/1.4006597. Archivado desde el original el 10 de febrero de 2020 . Consultado el 14 de mayo de 2023 .
119. Suhir, E.; Shakouri, A. (22 de enero de 2013). "Estrés térmico previsto en un diseño de módulo termoeléctrico de múltiples patas (TEM)". Revista de Mecánica Aplicada . 80 (2): 021012. Código bibliográfico : 2013JAM....80b1012S. doi : 10.1115/1.4007524. ISSN  0021-8936.
120. Ziabari, Amirkoushyar; Suhir, Efraín; Shakouri, Ali (mayo de 2014). "Minimizar el esfuerzo cortante interfacial inducido térmicamente en un módulo termoeléctrico con baja cobertura de área fraccional". Revista de Microelectrónica . 45 (5): 547–553. doi :10.1016/j.mejo.2013.12.004. S2CID  13009734.
121. Kishore, Ravi Anant; Sanghadasa, Mohan; Priya, Shashank (1 de diciembre de 2017). "Optimización de generador termoeléctrico segmentado mediante técnicas de Taguchi y ANOVA". Informes científicos . 7 (1): 16746. Código bibliográfico : 2017NatSR...716746K. doi :10.1038/s41598-017-16372-8. ISSN  2045-2322. PMC 5711871 . PMID  29196715. 
122. Tachibana, Makoto; Colmillo, Jianjun (1 de enero de 2012). "Una estimación del estrés térmico de dispositivos termoeléctricos en la prueba de ciclos de temperatura". Ingeniería de Procedia . 27 : 177–185. doi : 10.1016/j.proeng.2011.12.441 . ISSN  1877-7058.
123. Clin, Th.; Turenne, S.; Vasilevskiy, D.; Masut, RA (1 de julio de 2009). "Simulación numérica del comportamiento termomecánico del módulo de aleación de telururo de bismuto extruido". Revista de Materiales Electrónicos . 38 (7): 994–1001. Código Bib : 2009JEMat..38..994C. doi :10.1007/s11664-009-0756-9. ISSN  1543-186X. S2CID  136972257.
124. Turenne, S.; Clin, Th.; Vasilevskiy, D.; Masut, RA (1 de septiembre de 2010). "Modelado termomecánico de elementos finitos de generadores termoeléctricos de gran área basados ​​en aleaciones de telururo de bismuto". Revista de Materiales Electrónicos . 39 (9): 1926-1933. Código Bib : 2010JEMat..39.1926T. doi :10.1007/s11664-009-1049-z. ISSN  1543-186X. S2CID  95338608.
125. Zheng, Yun; Tan, Xian Yi; Wan, Xiaojuan; Cheng, Xin; Liu, Zhihong; Yan, Qingyu (23 de marzo de 2020). "Estabilidad térmica y respuesta mecánica de materiales a base de Bi 2 Te 3 para aplicaciones termoeléctricas". Materiales Energéticos Aplicados ACS . 3 (3): 2078–2089. doi :10.1021/acsaem.9b02093. ISSN  2574-0962. S2CID  210263333.
126. Pelletier, R.; Turenne, S.; Moreau, A.; Vasilevskiy, D.; Masut, RA (junio de 2007). "Evolución de tensiones mecánicas en aleaciones termoeléctricas extruidas (Bi1-xSbx) 2 (Te1-ySey) 3 sometidas a choques térmicos presentes en los procesos de fabricación de módulos". 2007 26º Congreso Internacional de Termoeléctrica. págs. 49–54. doi :10.1109/TIC.2007.4569421. ISBN 978-1-4244-2262-3. S2CID  24892404.
127. Sakamoto, Tatsuya; Iida, Tsutomu; Oh no, Yota; Ishikawa, Masashi; Kogo, Yasuo; Hirayama, Naomi; Arai, Koya; Nakamura, Takashi; Nishio, Keishi; Takanashi, Yoshifumi (1 de junio de 2014). "Análisis de tensión y medición de potencia de salida de un generador de energía termoeléctrica de n-Mg2Si con una estructura no convencional". Revista de Materiales Electrónicos . 43 (6): 1620-1629. doi :10.1007/s11664-013-2814-6. ISSN  1543-186X. S2CID  98084052.
128. Chen, Si; Wang, Zhizhe; Zhou, Bin; En, Yunfei; Huang, Yun; Yao, Bin (diciembre de 2018). "Falla por agrietamiento del pilar de Cu causada por electromigración y concentración de tensiones bajo cargas de acoplamiento termoeléctrico". 2018 IEEE 20.ª Conferencia sobre tecnología de embalaje electrónico (EPTC) . Singapur, Singapur: IEEE. págs. 316–320. doi :10.1109/EPTC.2018.8654276. ISBN 978-1-5386-7668-4. S2CID  67875385.
129. Malki, Muath M. Al; Snyder, Jeffrey G.; Dunand, David C. (26 de abril de 2023). "Comportamiento mecánico de materiales termoeléctricos - una perspectiva". Reseñas de materiales internacionales . 68 (8): 1050–1074. Código Bib : 2023IMRv...68.1050A. doi :10.1080/09506608.2023.2193785. ISSN  0950-6608. S2CID  258396021.
130. Liang, Qi; Yang, Dongwang; Xia, Fanjie; Bai, Hui; Peng, Haoyang; Yu, Ruohan; Yan, Yonggao; Él, Danqi; Cao, Shaowen; Van Tendeloo, Gustava; Li, Guodong; Zhang, Qingjie; Tang, Xinfeng; Wu, Jinsong (diciembre de 2021). "Deformación gigante inducida por transformación de fase en semiconductor termoeléctrico Ag 2 Se". Materiales funcionales avanzados . 31 (50): 2106938. doi : 10.1002/adfm.202106938. ISSN  1616-301X. S2CID  239092658.
131. Qi, Dekui; Tang, Xinfeng; Li, Han; Yan, Yonggao; Zhang, Qingjie (1 de agosto de 2010). "Mejor rendimiento termoeléctrico y propiedades mecánicas del β-Zn4Sb3 nanoestructurado hilado en fusión". Revista de Materiales Electrónicos . 39 (8): 1159-1165. Código Bib : 2010JEMat..39.1159Q. doi :10.1007/s11664-010-1288-z. ISSN  1543-186X. S2CID  94645998.
132. Champier, Daniel (2017). "Generadores termoeléctricos: una revisión de aplicaciones". Conversión y Gestión de Energía . 140 : 162–181. doi :10.1016/j.enconman.2017.02.070.
133. Tritt, Terry M.; Subramanian, MA (2011). "Materiales termoeléctricos, fenómenos y aplicaciones: una vista de pájaro". Boletín SRA . 31 (3): 188–198. doi : 10.1557/mrs2006.44 .
134. Hinterleitner, B.; Knapp, I.; Poneder, M.; Shi, Yongpeng; Müller, H.; Eguchi, G.; Eisenmenger-Sittner, C.; Stöger-Pollach, M.; Kakefuda, Y.; Kawamoto, N.; Guo, Q. (5 de diciembre de 2019). "Rendimiento termoeléctrico de una aleación Heusler de película delgada metaestable". Naturaleza . 576 (7785): 85–90. Código Bib :2019Natur.576...85H. doi :10.1038/s41586-019-1751-9. ISSN  0028-0836. PMID  31723266. S2CID  207988713.
135. "Un nuevo material bate el récord mundial de convertir calor en electricidad".
136. Fernández-Yáñez, P. (2021). "Gestión térmica de generadores termoeléctricos para la valorización de energía residual". Ingeniería Térmica Aplicada (publicado el 1 de septiembre de 2021). 196 : 117291. Bibcode : 2021AppTE.19617291F. doi : 10.1016/j.applthermaleng.2021.117291 .
137. Labudovic, M.; Li, J. (2004). "Modelado de enfriamiento TE de láseres de bomba". Transacciones IEEE sobre componentes y tecnologías de embalaje . 27 (4): 724–730. doi :10.1109/TCAPT.2004.838874. S2CID  32351101.
138. Yang, J. (2005). "Posibles aplicaciones de la recuperación de calor residual termoeléctrico en la industria del automóvil". TIC 2005. 24ª Conferencia Internacional sobre Termoeléctrica, 2005 . pag. 170. doi :10.1109/TIC.2005.1519911. ISBN 978-0-7803-9552-7. S2CID  19711673.
139. Fairbanks, J. (24 de agosto de 2006) Desarrollos termoeléctricos para aplicaciones vehiculares, Departamento de Energía de EE. UU.: Eficiencia energética y energía renovable.
140. Goldsmid, HJ; Giutronich, JE; Kaila, MM (1980). «Termoeléctrica: Conversión de Energía Solar Térmica Directa» (PDF) . Energía solar . 24 (5): 435–440. Código Bib : 1980SoEn...24..435G. doi :10.1016/0038-092X(80)90311-4.

Bibliografía

• Rowe, DM (2018) [2006]. Manual de termoeléctrica: macro a nano . Prensa CRC. ISBN 978-1-4200-3890-3.

enlaces externos

• Consejos y sugerencias para la aplicación de módulos TE Archivado el 23 de marzo de 2010 en Wayback Machine.
• El coeficiente de Seebeck
• Materiales para dispositivos termoeléctricos (4to capítulo de la disertación de Martin Wagner)
• Un nuevo material bate el récord mundial al convertir calor en electricidad