Baja conductividad térmica y alto rendimiento termoeléctrico en (GeTe) _1-2x (GeSe) _x (GeS) _x: competencia entre la...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Física del estado sólido
• Productos térmicos

Sus antecedentes:

• El telururo de germanio (GeTe) y sus derivados son materiales termoeléctricos libres de plomo prometedores.
• La alta conductividad térmica de la red (κ_lat) en GeTe dificulta el rendimiento termoeléctrico óptimo.

Objetivo del estudio:

• Para reducir la conductividad térmica de la celosía y mejorar la cifra de mérito termoeléctrico (ZT) en el sistema GeTe.
• Investigar los efectos del dopaje de Sb y la sustitución simultánea de Se/S en las propiedades termoeléctricas.

Principales métodos:

• Estrategia de dos pasos que implica la sustitución simultánea de Se y S en GeTe, seguida de la aleación de Sb.
• Utilizando el sinterizado por plasma de chispa (SPS) para el procesamiento de materiales.
• Análisis de los mecanismos de dispersión de fonones, incluidas las fluctuaciones de masa, los defectos puntuales y los límites de grano.

Principales resultados:

• Se logró una conductividad térmica de celosía significativamente baja (κ_lat ≈ 0.7 W/m·K).
• Demostró una alta cifra de mérito termoeléctrico (ZT = 2,1 a 630 K) en Sb-dopado (GeTe) _1-2x (GeSe) _x (GeS) _x.
• Se observó una mejora de la microhardura de Vickers en comparación con el GeTe prístino, lo que indica una mejor estabilidad mecánica.

Conclusiones:

• El dopaje de Sb y la sustitución simultánea de Se/S reducen efectivamente κ_lat a través de la dispersión de fonones por defectos en el punto de solución sólida.
• El material desarrollado presenta un excelente rendimiento termoeléctrico y estabilidad mecánica, lo que lo hace adecuado para aplicaciones prácticas.
• Los hallazgos ponen de relieve el potencial de los chalcogenuros pseudoternarios para la conversión eficiente de energía termoeléctrica.