Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Funktionelt graduerede materialer

Funktionelt graduerede (FG) materialer har en kemisk sammensætning som ændrer sig gradvist gennem hele materialet, hvilket medfører ændringer i ladningsbærer-koncentrationen eller båndgabet. Dette betyder at zTmax kontinuert ændres gennem materialet, hvilket gavner den overordnede ydeevne fra et TEG perspektiv.

Materialegradienter er en termodynamisk følge af smelte-synteser. For Si-Ge smelter vil det første materiale, der krystalliseres, være rigt i Si mens yderligere krystallisering giver et materiale der i tiltagende grad bliver rigt i Ge. Det er bemærkelsesværdigt hvor lidt forskning der har været udført på FG materialer, men der eksisterer dog eksempler på Czochralski-trukket FG materialer af PbTe, Bi2Te3 og Ba8Ge16Si30-xGex.

CTEC kombinerer effekten af gradienter i båndgab og ladningsbærerkoncentration så de gensidigt forstærker hinanden. Det er allerede blevet vist i centret at B doteret GeSi materialer kan gradueres på denne måde. Fremover vil der blive fokuseret på PbTe doteret for at opnå en ladningsbærerkoncentrations-gradient, mns en båndgabs-gradient kan opnås via faststof-opløsning (solid solution) med SnTe. Et andet system, der studeres, er Bi2Te3-Bi2Se3, hvor gradienterne fra Bi2Te3 til Bi2SeTe2 ændrer båndgabet med 0.2 eV.

zT for homogene materialer peaker i et snævert temperatur-interval. Ved at graduere materialerne så de passer til de temperaturer materialet er ved i anvendelse kan man opnå en bedre udnyttelse af den varme der er til rådighed.