Comprender los comportamientos interfaciales dependientes de la temperatura de trabajo del módulo termoeléctrico de...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las aleaciones Half-Heusler (hH) presentan una excelente estabilidad térmica y propiedades mecánicas, lo que las hace adecuadas para aplicaciones termoeléctricas a media y alta temperatura.
• A pesar de su potencial, las características de envejecimiento a largo plazo y los mecanismos de fallo de los dispositivos basados en hH no están bien documentados.

Objetivo del estudio:

• Para analizar exhaustivamente los mecanismos de fallo de las muestras de brazo termoeléctrico (TE) envejecidas hechas de tipo p Hf_{0.5}$Zr_{0.5}$CoSb_{0.8}$Sn_{0.2}$ y tipo n Hf_{0.75}$Zr_{0.25}$NiSn_{0.99}$Sb_{0.01}$, soldadas con Ag puro.
• Determinar los límites de temperatura de funcionamiento para un rendimiento estable a largo plazo de estos dispositivos hH TE.

Principales métodos:

• Análisis experimental de muestras envejecidas del brazo de TE operadas a varias temperaturas de servicio altas.
• Simulaciones de dinámica molecular (DM) para verificar la evolución de la morfología de la interfaz y comprender los principios de difusión de los elementos.

Principales resultados:

• Se observó una fuerte difusión de estaño (Sn) en la interfaz hH/Ag, que aumentaba con la temperatura.
• Por debajo de 550 °C, las muestras se mantuvieron estables hasta 672 horas (4 semanas).
• Por encima de 600 °C, el Sn se difunde en la capa de plata (Ag), formando una fase Ag-Cu-Sn de bajo punto de fusión, lo que lleva a poros, grietas y fallas en el dispositivo.

Conclusiones:

• El límite superior para el funcionamiento estable a largo plazo de las muestras del brazo hH estudiado es de aproximadamente 550 °C.
• La difusión de estaño en la interfaz de soldadura es el principal mecanismo de falla a temperaturas superiores a 550 °C.
• Los resultados proporcionan una guía crucial para el diseño y la aplicación de dispositivos termoeléctricos basados en hH para un funcionamiento confiable a alta temperatura.