Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

ΘΕΡΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Καριώτη Βάσω. Σχεδιάγραμμα παρουσίασης Εισαγωγή Θεμελιώδη Φαινόμενα Θερμοηλεκτρικές Ιδιότητες Μελέτη σε συστήματα δύο διαστάσεων.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "ΘΕΡΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Καριώτη Βάσω. Σχεδιάγραμμα παρουσίασης Εισαγωγή Θεμελιώδη Φαινόμενα Θερμοηλεκτρικές Ιδιότητες Μελέτη σε συστήματα δύο διαστάσεων."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΘΕΡΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Καριώτη Βάσω

2 Σχεδιάγραμμα παρουσίασης Εισαγωγή Θεμελιώδη Φαινόμενα Θερμοηλεκτρικές Ιδιότητες Μελέτη σε συστήματα δύο διαστάσεων Μελέτη σε συστήματα μίας διάστασης Σύνοψη - Βιβλιογραφία

3 Εισαγωγή Ένα θερμοηλεκτρικό υλικό έχει την ιδιότητα να παράγει ηλεκτρική τάση όταν τα άκρα του βρίσκονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες (και αντίστροφα) χρήση ημιαγωγών βελτίωση απόδοσης λόγω ελάττωσης μεγέθους (λεπτές ταινίες υλικών).

4 Θερμοηλεκτρικό Φαινόμενο Φαινόμενο Seebeck S=-ΔV/ΔT

5 Θερμοηλεκτρικό Φαινόμενο Φαινόμενο Peltier για ΔΤ=0 : π=Q/I

6 Θερμοηλεκτρικό Φαινόμενο Φαινόμενο Thomson: Q=β/ΔT Σχέση Onsager: π=ST Δείκτης απόδοσης: ZT=S²σΤ/λ

7 Θερμοηλεκτρικές Ιδιότητες μεγάλη ηλεκτρική αγωγιμότητα, σ μικρή θερμική αγωγιμότητα, λ μεγάλος συντελεστής Seebeck (ή θερμοϊσχύς), S

8 Θερμοηλεκτρικές Ιδιότητες

9 Θερμοϊσχύς σημαντικές πληροφορίες για το δεσμό των ηλεκτρονίων στην ύλη και το μηχανισμό της σκέδασης e-ph η δραστικότητα της θερμοηλεκτρικής μετατροπής μπορεί να αυξηθεί σημαντικά σε χαμηλοδιάστατα συστήματα

10 Θερμοϊσχύς S d λόγω διάχυσης των φορέων μεταβάλλεται γραμμικά με τη θερμοκρασία σε εκφυλισμένα συστήματα S g λόγω της έλξης φωνονίων μεταφέρεται στους φορείς μέσω σύζευξης με ακουστικά φωνόνια που δε βρίσκονται σε κατάσταση ισορροπίας

11 Θερμοϊσχύς S d p=(dlnτ es /dlnE k ) E F p>0 για μικρές γωνίες σκέδασης p<0 για μεγάλες γωνίες σκέδασης S d = -(p+1)(π²k² B Τ/3|e|E F ) S g Το πρόσημό της εξαρτάται από τον τύπο του φορέα: για ηλεκτρόνια S g <0 για οπές S g >0

12 2D Συστήματα Ετεροεπαφή AlGaAs/GaAs: Δημιουργία 2D ηλεκτρονιακού νέφους παράλληλα στην εσωτερική επιφάνεια της ετεροεπαφής, με πάχος λίγων nm που εκτείνεται κάθετα στην επιφάνεια αυτή.

13 2D Συστήματα Η κυματοσυνάρτηση e του συστήματος είναι: Ψ n k ( r,z)=(1/√A)exp(i kr )φ n (z) E n k =E n +(h²k²/8πm*) Έστω ομογενές και ισοτροπικό 2D υλικό σε ισορροπία. Με εφαρμογή Ε ή gradΤ στο επίπεδο κίνησης των e- παίρνουμε αντίστοιχα: J =σ E +LgradT ή Q =M E +NgradT

14 Προσδιορισμός S g για 2D εμβαπτισμένο σε 3D φωνόνια Seebeck: ροή φωνονίων στην κατεύθυνση της gradT από το θερμό στο ψυχρό. μη ισορροπημένα φωνόνια δίνουν μέρος της ορμής τους στα e. J g =L g gradT S g =-(L g /σ) Peltier: ισοθερμική επιτάχυνση ηλεκτρονίων. διοχετεύουν μέρος της ορμής τους στα φωνόνια. Q ph =M g E S g =M g /σT (Onsager)

15 2D Συστήματα: Εξίσωση Boltzmann Για να περιγράψουμε ηλεκτρικά φαινόμενα μεταφοράς χρειαζόμαστε μια συνάρτηση κατανομής f k ( r,t), που να μας δίνει την πιθανότητα να βρούμε ένα e με δεδομένο spin προσανατολισμό, στην κατάσταση k, στη γειτονιά του r, τη χρονική στιγμή t. Τότε, J =-(g s g v |e|/A)∑f k v k Q =(g s g v /A)∑f k (E k -E f ) v k

16 2D Συστήματα: Εξίσωση Boltzmann Σχετικά με τη συνάρτηση κατανομής των e: Στην ισορροπία (Fermi-Dirac): f 0 k (E k ) = 1/{exp[(E k -E F )/k B T]+1} Με επίδραση gradT και Ε : v k *gradf k -(|e|/(h/2π))Ε*gradf k =(∂f k /∂t) coll Αναλυτικότερα ο όρος των σκεδάσεων: (∂f k /∂t) coll =-[(f k -f k 0 )/τ es (E k )]+(∂f k /∂t) a +(∂f k /∂t) e

17 1D Συστήματα: Προσέγγιση Landauer-Bütikker. QWR (Quantum Wire): Σύμφωνα με την προσέγγιση L-B αποτελεί έναν «οδηγό» που συνδέει δύο ρεζερβουάρ e. Ψ nk ( r )=(1/√L)exp(ikx)φ 0 (z)φ n (y) E nk =E n +(h²k²/8πm*)

18 1D Συστήματα: QWRs Σχετικά με τη συνάρτηση κατανομής των e: Στην ισορροπία (Fermi-Dirac): f 0nk (E nk )=1/{exp[(E nk -E F )/k B T]+1} Δημιουργώντας μία χημική διαφορά δυναμικού (Δμ) μεταξύ των δύο ρεζερβουάρ (π.χ. αυξάνοντας κατά Δμ το χημικό δυναμικό του αριστερού ρεζερβουάρ, k>0): f nk =f nk0 +f 1nk, k>0, με f nk1 =-(df nk0 /dE nk )Δμ f nk =f nk0, k<0

19 1D Συστήματα: SWCNT Νανοσωλήνες άνθρακα μονού τοιχώματος: λεπτό φύλλο γραφίτη, που τυλίγεται σχηματίζοντας έναν κύλινδρο, με διάμετρο που φτάνει στο 1 nm και μήκος μερικών μικρομέτρων.

20 1D Συστήματα: Έστω z ο άξονας του νανοσωλήνα. Τότε, η κυματοσυνάρτηση σε πολικές συντεταγμένες θα είναι: Ψ lk ( r )=[1/√(2πLR)]*exp(ikz)*exp(ilθ)δ(r-R) Τα φωνόνια περιορίζονται τώρα σε μια διάσταση και η ηλεκτρική μετατόπιση του πλέγματος θα είναι: u ( r )= u mp *exp(iqz)*exp(imθ)

21 1D Συστήματα: MWCNT

22 ΣΥΝΟΨΗ Σημασία θερμοηλεκτρικών υλικών: ● θεωρία (κατανόηση συμπεριφοράς e-ph και φαινομένων μεταφοράς) ● εφαρμογές (αξιοποίηση «χαμένης» θερμότητας). Συνεισφορά από e και ph (ακουστικά). Σημαντικές οι μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις. Σημαντική ιδιότητα: Θερμοϊσχύς 2D συστήματα: Boltzmann 1D συστήματα: Landauer-Büttiker

23 Βιβλιογραφία M.Tsaousidou: Thermopower of low-dimensional structures: The effect of electron-phonon coupling Dresselhaus, Chen e.a.: New Directions for Low- Dimensional Thermoelectric Materials Zhang, Liu, e.a.: Electrical and thermal properties of carbon nanotube bulk materials: Experimental studies for the 328–958 K temperature range Θαναηλάκης: Θεωρία και Τεχνολογία Στερεάς Κατάστασης (Α) Οικονόμου: Φυσική Στερεάς Κατάστασης (Α)


Κατέβασμα ppt "ΘΕΡΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Καριώτη Βάσω. Σχεδιάγραμμα παρουσίασης Εισαγωγή Θεμελιώδη Φαινόμενα Θερμοηλεκτρικές Ιδιότητες Μελέτη σε συστήματα δύο διαστάσεων."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google