Towards High Performance Nanostructured Thermoelectric Materials. A Bottom-Up Approach

• Autores: Doris Yaneth Cadavid Rodríguez
• Directores de la Tesis: Atilà Herms Berenguer (dir. tes.), Andreu Cabot Codina (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2014
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Maria Soledad Martin Gonzalez (presid.), Mercè Segarra Rubí (secret.), Paz Vaqueiro Rodríguez (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Física del estado sólido
      • Propiedades de transporte de electrones
      • Propiedades térmicas de los sólidos
    • Unidades y constantes
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
      • Dispositivos termoeléctricos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Dipòsit Digital de la UB
• Resumen

  • En esta tesis se usa la estrategia de “Bottom-up” para la producción de materiales termoeléctricos nano-estructurados con alta eficiencia termoeléctrica. Esta técnica proporciona un amplio rango de posibilidades para aumentar la eficiencia de los materiales termoeléctricos. Permite aumentar los valores de la figura de mérito ZT (parámetro que mide la eficiencia del material termoeléctrico), gracias al fino control del tamaño, la forma y la composición de los nanocristales (NCs) que se realiza en la síntesis en solución, donde los NCs se convierten en los componentes básicos del material nanoestructurado. Además la síntesis en solución permite combinar y/o sintetizar los NCs para obtener diferente tipo de nano-heteroestructuras con mejores propiedades electrónicas. En esta tesis se optimiza la síntesis coloidal para producir NCs con el tamaño, forma y composición deseada y a escala del gramo. Los materiales seleccionados fueron calcogenuros de Plata, Plomo, Bismuto y Cobre, debido a sus propiedades intrínsecas útiles para conseguir materiales termoeléctricos eficientes. EstÁ dividida en tres partes, la primera se relaciona con el desarrollo de nanocompositos o heteroestructuras, usando dos tipos de NCs coloidales. En esta, se demuestra la eficacia de este tipo de meta-materiales para incrementar el bloqueo fonónico, debido a la alta densidad de interfaces en los nano-granos y la diferencia de estructura cristalográfica que se obtiene al usar dos tipos diferentes de nanocristales. En la segunda parte se investiga el efecto de los ligandos orgánicos que quedan atados a los nanocristales, en la formación de materiales nanoestructurados en bloque o nanocompositos. Se propone un proceso simple, general y escalable, para realizar el intercambio de ligandos, con el cual se obtiene un gran aumento de la figura de Mérito (ZT) del material y además se abre la posibilidad de cambiar la concentración de portadores en el material. En la parte final se aborda el estudia la consolidación de los materiales nanoestructurados, mediante la utilización de la técnica de “spark plasma sintering” (SPS), para obtener nanomateriales altamente densos. Se demuestra la importancia de obtener un material altamente denso para producir materiales con altas eficiencias termoeléctricas. Estos resultados muestran que la producción de materiales nanoestructurados usando como unidades fundamentales los NCs obtenidos en solución, (estrategia del “Bottom-up”) es un método muy eficaz que permite obtener materiales altamente eficientes para usarlos en dispositivos termoeléctricos.