14/07/2015 - CiQUS-Forscher multiplizieren die thermische Umwandlungseffizienz des Chromnitrids mit dünnen Filmen

Menéame

Ein Team von Forschern aus der ZIQUS die thermische Umwandlungseffizienz eines dünnen CrN-Foliens im Vergleich zu Schüttgut um bis zu 250% erhöht hat. Die Arbeit, die war veröffentlicht von Advanced Materials, öffnet die Tür für die Entwicklung einer neuen Generation von thermoelektrischen Materialien auf der Grundlage von Oxide und Nitroren

Während thermoelektrische Werkstoffe (TE) weithin bekannt und zuverlässig sind und seit vielen Jahren in sehr unterschiedlichen Bereichen (einschließlich der Luft- und Raumfahrttechnik) eingesetzt werden, stellen ihre geringe Leistungsfähigkeit und hohe Kosten nach wie vor ein Problem bei der Förderung einer breiten Nutzung dieser Technologie dar.

Die häufigsten Materialien, die in kommerziellen TE-Geräten verwendet werden, basieren derzeit auf Blei (Pb), Bismut (Bi), Telurium (Te) und Selen (Se), wobei in allen Fällen zahlreiche Probleme mit Instabilität, Toxizität oder Knappheit auftreten. Eine der großen Herausforderungen für die Materialwissenschaft besteht daher darin, effiziente TE-Technologien zur Erzeugung von Strom aus der in industriellen Prozessen verlorengegangenen Wärme in sauberer und wettbewerbsfähigerer Weise zu entwickeln.

Der Hauptbeitrag der Forscher des CICUS zu dieser Arbeit, die jetzt in der Zeitschrift Advanced Materials veröffentlicht wird, war der Nachweis, dass der Nitrum in seiner natürlichen Form (CrN) in seiner intrinsischen Struktur Instabilitäten aufweist, die seine Wärmeleitfähigkeit zunichte machen; aber auch durch die Herstellung von hochwertigen Nanometrikfilmen von CrN epitaxiale, haben die Forscher bei Umgebungstemperatur eine Verbesserung von bis zu 250% im Vergleich zu dem natürlichen CrN in der thermischen Verdienstfigur (ein Maß der Umwandlungseffizienz) erreicht.

Die Schlussfolgerungen dieser Untersuchung zeigen, dass bereits etablierte Ideen wie das Konzept der Resonanz in chemischen Verbindungen auch bei der Regulierung von thermischen Transportphänomenen in Nitruren und Übergangsmetalloxiden angewandt werden können. Auf diese Weise werden die Ergebnisse von CrN (die mit ihrer hohen thermischen Stabilität, Korrosionsbeständigkeit und außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften verbunden sind) zu einem vielversprechenden Material für zukünftige thermische Anwendungen bei hohen Temperaturen.

Die Arbeit unter Leitung des Professors Francisco Rivadulla  (ERC Starting Grant del CiQUS) wurde in Zusammenarbeit mit Forschungsgruppen der Universitäten der University of Wisconsin-Madison, Lincoln-Nebraska, Boise-Universität Idaho und dem MIT (Massachusetts Institute of Technology, Boston) durchgeführt.

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