Penambahbaikan sifat termoelektrik bismut telurida menggunakan bebola grafin silikon dioksida

Abstract

Penjana termoelektrik (TEG) mendapat perhatian luas disebabkan sistem ini mempunyai banyak kelebihan, termasuk tahan lama memandangkan sistem dalam keadaan pepejal, ringan, tidak perlu penyelenggaraan, senyap, dan mesra alam. Bismut telurida (Bi2Te3) merupakan bahan termoelektrik (TE) yang digunakan secara komersial dijulat suhu rendah. Namun, nilai ZT Bi2Te3 jenis n adalah rendah berbanding dengan bahan jenis p. Tambahan pula, prestasi bahan TE secara umumnya adalah agak rendah dijulat suhu rendah. Grafin dengan kelebihan yang menakjubkan mempunyai senarai aplikasi yang sangat luas, contohnya dalam aplikasi bioperubatan, biosensor, dan penjanaan tenaga. Kajian ini dijalankan dengan tujuan utama untuk menambahbaik sifat TE Bi2Te3 jenis n dengan mengeksploitasi kelebihan grafin dengan gabungan nanozarah silikon dioksida (SNP) yang dikenali sebagai bebola grafin silikon dioksida (SGB). Bagi mencapai objektif utama, kajian pemodelan dan rekabentuk peranti TEG dikaji. Kajian bagi menentukan proses pertumbuhan SGB yang optimum dijalankan. Selain itu, sifat TE Bi2Te3 jenis n ditambahbaik melalui kaedah pengurangan saiz dan penambahan SGB sebagai bahan nanokomposit. Disamping itu, sifat TE bahan nanokomposit Bi2Te3 dan SGB dicirikan dari segi nilai ZT. Dapatan analisa peranti TEG membuktikan bahawa rekabentuk luas unit kekaki tidak memainkan peranan dalam meningkatkan beza upaya litar terbuka (VOC). Panjang unit kekaki TEG yang ideal untuk VOC optimum adalah kira-kira 1.5 mm hingga 2.0 mm. VOC lebih tinggi dihasilkan oleh suhu kerja yang lebih tinggi walaupun mengekalkan perbezaan suhu (ΔT) yang sama. Kuprum merupakan bahan yang paling sesuai sebagai kepingan logam bagi unit kekaki Bi2Te3 jenis n. Parameter optimum bagi proses pertumbuhan SGB adalah jarak antara kuprum dan SNP (CD) sebanyak 5 cm, kadar aliran metana (ΦCH4) dengan nilai 50 sccm dan saiz kerajang kuprum (CS) dengan saiz 2 cm ×3 cm. Sifat TE Bi2Te3 jenis n berjaya ditambahbaik melalui kaedah penstrukturan dan penambahan SGB sebagai bahan nanokomposit sebanyak 22.7% berbanding Bi2Te3 jenis n asal. Nilai keberintangan elektrik,ρ paling minimum adalah 6.7 μΩ-m pada 330 K bagi bahan nanokomposit bersama Bi2Te3 jenis n dengan 0.5% SGB. Nilai pekali Seebek,Տ paling maksimum dicatatkan -257.6 μV/K pada 330 K bagi sampel bahan nanokomposit 1.0% SGB dan Bi2Te3 jenis n. Nilai keberaliran haba,ҡ paling minimum dicatatkan 0.075 W/m.K pada 330 K bagi sampel bahan nanokomposit bersama Bi2Te3 jenis n dengan 0.5% SGB. Akhir sekali bahan nanokomposit Bi2Te3 jenis n bersama 0.5% SGB setelah menjalani proses penstrukturan nano mencatatkan nilai ZT tertinggi sebanyak 0.227 pada suhu 400 K, peningkatan sebanyak 22.7% berbanding nilai ZT sebanyak 0.185 pada suhu 400 K bagi sampel asal. Kajian ini mengesahkan SGB mempunyai potensi besar bagi menambahbaik sifat TE Bi2Te3 jenis n bersama-sama proses penstrukturan nano.