Sinimalmi sähköntuottajana

Tutkijat näkevät läpimurron termoelektrisissä materiaaleissa

Barium-platina-germaniumyhdisteen kiderakenne © TU Wien
lukea ääneen

Skutterudite oli aikaisemmin yksi tärkeimmistä malmeista posliinin sinisessä värjäyksessä. Erityisten ominaisuuksiensa ansiosta ne voivat myös muuntaa lämpöä sähköksi. Tutkijat ovat nyt saavuttaneet läpimurton näissä ns. Termoelektrisissä materiaaleissa. He ovat löytäneet kokonaan uuden skutterudiittiperheen, joka ei käytä myrkyllisiä materiaaleja, kuten arseenia, ja on sen vuoksi paljon monipuolisempi.

"Termoelektroniikka" on taikasana. Tämä viittaa aineryhmään, joka sisältää skutteruditeja. Ne on suunniteltu tuottamaan lämpöä esimerkiksi hukkalämmöltä, sähköltä tai tuottamaan sähköä sähkön avulla. Tällä tavoin esimerkiksi tulevat jäähdytysyksiköt ilman moottoria ja jäähdytysnestettä, koska elektronit hoitavat tehtävänsä.

"Tunnetut skutterudiitit perustuvat sähköpositiivisten elementtien (barium, strontium, lantaani) kiinteisiin yhdisteisiin, joita kutsutaan siirtymämetalliksi kuten koboltti, rodium tai iridium, ja pniktogeeneiksi kuten fosforiksi, arseeniksi tai antimoniksi. Kolme viimeistä tekijää ovat ongelmallisia, arseeni on jopa myrkyllistä. Nyt olemme korvanneet ne germaniumilla barium-platinayhdisteessä, luomalla ensimmäisen esimerkin uudesta sukupolven skutteruditeista ", kertoo Ernst Bauer Wienin teknillisen yliopiston kiinteiden olosuhteiden fysiikan instituutista.

Yhdessä kollegansa Peter Franz Roglin ja Raimund Podlouckyn kanssa Wienin yliopistosta hän haluaisi käyttää uusia löytöjä vielä tehokkaampien lämpöelektristen materiaalien löytämiseen. Osana AVL List GmbH Grazin tutkimusprojektia tällaisia ​​aineita olisi käytettävä sähkön tuottamiseen moottorien jätelämmöstä, asiantuntijalehteiden "Fyysiset katsauskirjeet" ja "Edistyneet materiaalit" asiantuntijoiden mukaan.

Kristallirakenne häkin muodossa

Uuden Skutteruditen kiderakenne perustuu häkkiä muodostavaan yhdisteeseen, joka antaa materiaalille mekaaniset ja sähköiset ominaisuudet. Germaanium erittäin vakaana alkuaineena korvaa nyt kokonaan kiteen Pnictogenatomin. Itse häkissä tutkijat kokeilevat erilaisia, heikosti sidottuja elementtejä, joilla on erittäin voimakas vaikutus fysikaalisiin ominaisuuksiin. näyttö

Bauer: "Sähköpositiiviset atomit sijaitsevat häkin keskellä ja määräävät suoraan materiaalin lämpö- ja sähköominaisuudet, kuten lämmönjohtavuuden tai Seebeck-vaikutuksen. Näiden sovelluksille tärkeiden ominaisuuksien lisäksi hiljattain löydetyt skutteruditit SrPt4Ge12 ja BaPt4Ge12 esittävät yllättäen makroskooppisen suprajohtavuuden kvantti-ilmiön. Esimerkiksi noin viiden kelvinin kriittisen lämpötilan alapuolella sähkövastus katoaa kokonaan. Sähkö kuljetetaan sitten häviöttömästi. "

Germaanium, joka johtaa usein kiinteiden aineiden puolijohdeominaisuuksiin, tarjoaa suurimman osan niistä elektronista, jotka aiheuttavat suprajohtavuutta, erityisesti näissä yhdisteissä.

Aids valloittaa materiaalitutkimuksen

Kerran Skutterudite toi vaurauden Skutterudin kaupunkiin Norjassa ja toimitti siniset pigmentit kiinalaiselle posliinille. Ennen sitä niitä voitiin tehdä vain kalliista jalokivilappista lazulista. Nyt niistä on tullut rikas aarreaitta materiaalitieteilijöille, jotka yhdistävät perus- ja soveltavan tutkimuksen.

(TU Wien, 21.11.2007 - DLO)