(PhysOrg.com) -- Chercheurs du Boston College, MIT, Clemson et Virginia ont utilisé la nanotechnologie pour obtenir une augmentation de 60 à 90 % du facteur de mérite thermoélectrique du demi-Heusler de type p, un composé semi-conducteur en vrac commun, l'équipe a rapporté dans le journal de l'American Chemical Society Lettres nano .

L'augmentation spectaculaire de la figure du mérite, utilisé pour mesurer les performances thermoélectriques relatives d'un matériau, pourrait ouvrir la voie à une nouvelle génération de produits - des systèmes d'échappement des voitures et des centrales électriques à la technologie de l'énergie solaire - plus propres, selon le co-auteur Yan Xiao, chercheur au Département de physique du Boston College.

L'équipe a enregistré une amélioration en demi-Heusler, qui a été à l'étude pour sa stabilité thermique, robustesse mécanique, non-toxicité et faible coût. Cependant, l'application du demi-Heusler a été limitée en raison de ses faibles performances thermoélectriques :il enregistrait auparavant un pic de mérite d'environ 0,5 à 700 degrés Celsius pour les lingots en vrac.

Xiao, travaillant avec le professeur de physique de la Colombie-Britannique Zhifeng Ren et le professeur Soderberg du MIT en ingénierie électrique Gang Chen, a déclaré que l'équipe a produit une augmentation de la valeur du mérite du demi-Heusler de type p à 0,8 à 700 degrés Celsius. De plus, les méthodes de préparation du matériel des groupes se sont avérées économiser du temps et de l'argent par rapport aux méthodes conventionnelles.

"Cette méthode est peu coûteuse et peut être mise à l'échelle pour une production de masse, ", a déclaré Ren. "Cela représente une opportunité passionnante d'améliorer les performances des matériaux thermoélectriques de manière rentable."

Les chercheurs ont obtenu leurs résultats en formant d'abord des lingots alliés à l'aide de la technique de fusion à l'arc, puis en créant des poudres nanométriques par broyage à billes des lingots et enfin en obtenant une masse dense par pressage à chaud. Mesures de propriétés de transport ainsi que des études de microstructure sur les échantillons nanostructurés, par rapport à celui des lingots en vrac, ont montré que les performances thermoélectriques s'améliorent en grande partie en raison de la faible conductivité thermique produite par une diffusion améliorée des phonons aux joints de grains et des défauts dans le matériau. Le matériau s'est également avéré avoir un coefficient Seebeck élevé, une mesure de la puissance thermoélectrique.

Les chercheurs des laboratoires de la Colombie-Britannique et du MIT tentent toujours d'empêcher la croissance des grains pendant le pressage, ce qui explique la conductivité thermique encore élevée du demi-Heusler.

"On peut s'attendre à une conductivité thermique encore plus faible et à des performances thermoélectriques améliorées lorsque la taille moyenne des grains est inférieure à 100 nm, " dit Ren, qui a été rejoint dans l'équipe par Giri Joshi, un autre chercheur du Boston College, Weishu Liu, Yucheng Lan et Hui Wang, Sangyeop Lee du MIT, Le professeur de physique Rogers de Virginie Joe Poons et J.W. Simonson et Clemson Professeur de physique Terry M. Tritt.