Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Anisotrope materialer

Det kommercielle TE materiale Bi2Te3 har stærk transport-anisotropi. Dette har ført til inkonsistente data i litteraturen for polykrystallinske prøver pga. foretrukken orientering. Først for nylig har man opnået kontrol over anisotropien. I andre materialer er anisotropi ofte ignoreret,  og sågar krystalstrukturer med isotrope transportegenskaber kan udvikle gradienter under processering.

Udvikling af simple metoder til hurtig karakterisering af transport-anisotropi vil være et syvmileskridt fremad for TE materialer som felt. En mulighed er at udvikle udvidelser til fire-punkt van der Pauw (vdP) metoden til resisitivitetsmålinger. AU har udviklet et højtemperatur vdP-apparatur, og de præliminære resultater viser at det er muligt at udvikle algoritmer til at udlede anisotrope egenskaber for både varmelednings- og Seebeck-koefficient. Inden længe vil man have hardware og software tilgængelig til generelle studier af anisotrope TE egenskaber.

CTEC fokuserer på overgangsmetal-antimonider og –bismuthider, som ofte udviser stærk anisotropi. Arbejdet omfatter bl.a. materialerne FeSb2 og RuSb2, der blev udviklet i CEM. Det er højst interessant at Zn4Sb3 også er anisotropt; få studier har imidlertid kvantificeret denne anisotropi. Zintl-forbindelser byder tillige på righoldige muligheder for at studere anisotrope effekter, med eksempler der bl.a. inkluderer K2Bi8Se13 og Ca5Al2Sb6. Her kan kontrol over anisotropien potentielt set styrke den termoelektriske ”figure of merit”, zT.

Til venstre ses en RuSb<sub>2</sub> krystal med markering af de krystallografiske a, b og c retninger. Dette materiale har forskellig elektrisk ledningsevne langs disse tre retninger. Ved at polere eller save en flad plade ud af krystallen, sådan at den ene akse er vinkelret på pladen, mens de to andre er indeholdt i planet, kan den elektriske ledningsevne af de to akser i planet, her a og b, bestemmes. For at gøre dette, anvendes teori udviklet af CTEC og Center for Materials Crystallography. Til højre er den elektriske ledningsevne, også kaldet konduktivitet, som angives med det græske bogstav sigma, vist som funktion af temperaturen fra -200°C til 300°C. Konduktiviteten i de to retninger har kvalitativt samme temperaturafhængighed, men plotter man i stedet for forholdet mellem de to, ses det, at der sker ændringer. Disse ændringer kan relateres til detaljer i den elektroniske struktur af materialet, og dermed bidrage til ny forståelse af kilderne til materialets egenskaber.