Effect of transition metal substitution on high-temperature properties of thermoelectric materials
Termoelektrik malzemelerin yüksek sıcaklık özellikleri üzerine geçiş metali katkılamanın etkisi
- Tez No: 383292
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET MACİT ÖZENBAŞ, PROF. DR. MEHMET PARLAK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Energy, Physics and Physics Engineering, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 201
Özet
Bu çalışmanın amacı, yüksek sıcaklıkta Ca3Co4O9 termoelektrik metal oksit malzemelerin ZT olarak bilinen termoelektrik verimini, nano yapı, gözenekli yapı ve elemental katkılamaya odaklanarak elektrik ve ısı transfer özelliklerini değiştirerek iyileştirmek ve özgün bir yüksek sıcaklık Seebeck katsayısı ve elektriksel direnç ölçüm sistemi kurmaktır. Bir ve/veya iki örneğin Seebeck katsayısını ve elektriksel direncini 300 - 1100 K sıcaklık aralığında aynı anda ölçebilen bir cihazın tasarımı ve kurulumu laboratuvarımızda yapılmıştır. Sistemi kurulumu sırasında beş buluş gerçekleştirilmiştir. Bunlar: 1) soğuk-parmak etkisini ortadan kaldıran üçlü boncuksuz ısıl çiftler, 2) manyetik alan ve fırını ortadan kaldıran mikro-ısıtıcılar, 3) diferansiyel sıcaklık ölçümü özelliği, 4) aynı anda iki örnek ölçüm özelliği ve 5) tahribatsız eksenel dört nokta elektriksel direnç ölçüm özelliğidir. Yukarıda belirtilen önemli başarılardan dolayı maliyet ve ebat küçülürken, ölçüm doğruluğu ve hassasiyeti oldukça yükseltilmiştir. Seebeck katsayısı ve direnç ölçümleri için toplam veri hatası sırasıyla % 2.6 ve % 1 'den daha azdır. Nano ve gözenekli yapıların Ca3Co4O9 oksit malzemelerin termoelektrik özellikleri üzerine etkilerini incelemek üzere, örnekler 18, 30, 68 nm ve 2 m boyutlarında sitrat sol-jel metodu kullanılarak sentezlendi. Nano-boyutlu örneklerde, elektriksel direnç önemli ölçüde artmıştır, ancak Seebeck katsayısında gözle görünür bir değişiklik olmamıştır. Bu örneklerde, ara yüzeylerdeki tane sınır saçılmasından kaynaklanan oldukça düşük ısıl iletkenlik değeri ölçülmüştür. Gözenekli yapı, saçılma bölgelerin yoğunluğu artırmak suretiyle ısıl iletkenliğin azaltılmasına ayrıca katkıda bulunduğu da gözlenmiştir. Isıl iletkenlik nano ve gözenekli yapıların katkısı ile % 23 oranında azalmıştır. ZT değeri 18 nm boyutlu örnek için 1000 K 'de % 61 'lik bir artışla 0.29 değerine ulaşmıştır. Katkılamanın etkisini incelemek üzere, Ca3-xCrxCo4O9 (x = 0.0, 0.01, 0.03, 0.05 ve 0.07) termoelektrik katlıkristal örnekler hazırlanmıştır. Cr 'un Ca tarafına katkılanması, x = 0.03 Cr katkılama oranına kadar spin-entropinin artmasına ve dolayısıyla Seebeck katsayısının artmasına neden olmuştur. Termoelektrik performansta en önemli gelişme 1000 K 'de 0.26 ZT değeri ile x = 0.03 Cr örneğinde gözlenmiştir. ZT değerindeki artış % 33 'dür.
Özet (Çeviri)
The objective of the present dissertation is to improve the thermoelectric efficiency (ZT) of Ca3Co4O9 metal oxide with a focus on nanostructuring, porosity and elemental substitution altering the electrical and thermal transport properties at high temperature and to establish a unique high temperature Seebeck coefficient and electrical resistivity measurement system. An instrument for the high temperature measurement of Seebeck coefficient and electrical resistivity of one and/or two bulk samples over a temperature range of 300 – 1100 K is designed and implemented in our laboratory. During the installation of the system, five inventions have been made. These are; 1) cold-finger effect eliminated triple beadless thermocouples, 2) magnetic field and furnace eliminated micro-heaters, 3) differential temperature measurement specialty, 4) two-sample simultaneous measurement feature 5) non-destructive axial four-point probe electrical resistivity measurement conduction. Due to the above mentioned major accomplishments, while cost and size is reduced, measurement accuracy and sensitivity is further enhanced. The total estimated data error for the Seebeck coefficient and resistivity measurements is less than 2.6 % and 1 %, respectively. In order to investigate the effect of nanostructuring and porosity on thermoelectric properties of Ca3Co4O9 oxide, samples of the material are synthesized via citrate sol-gel method with different average grain sizes ranging from 18, 30, 68 nm and 2 m. A considerable increase in electrical resistivity is observed, however, Seebeck coefficient is not much suppressed. It is investigated that thermal conductivity is substantially lower for nano-sized samples due to grain boundary scattering. Porosity further contributes to reducing this value leading to increase in the density of scattering regions. Thermal conductivity is decreased by 23 % with the help of nanostructuring and porosity. The enhancement of ZT value is 61 % and it reaches 0.29 at 1000 K for 18 nm sample. Polycrystalline Ca3-xCrxCo4O9 (x = 0.0, 0.01, 0.03, 0.05 and 0.07) thermoelectric samples are prepared. Cr substitution to Ca-site leads to the spin-entropy enhancement and this caused increase in the Seebeck coefficient with up to x = 0.03 Cr substitution. Power factor is enhanced by 30 %. The thermoelectric performance is the most significant in x = 0.03 sample with ZT value of 0.26 at 1100 K. The enhancement in ZT value is 33 %.
Benzer Tezler
- AlFe2B2 MAB fazında krom (Cr) ve vanadyum (V) ikamelerinin malzeme özellikleri üzerindeki etkileri: Deneysel destekli modelleme çalışması
The effects of chromium (Cr) and vanadium (V) substitutions on the material properties of AlFe2B2 MAB phase: An experimentally supported modelling study
AHMET SEFA ATALAY
Doktora
Türkçe
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVAT BORA DERİN
- Sb2O3 katkılı YBCO süperiletken seramiklerin karakterizasyonu
Characterization of Sb2O3 subsituted YBCO superconductors
GÖNÜL BİLGEÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Fizik ve Fizik MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF.DR. KEMAL KOCABAŞ
- Rare-Earth 3d Transition Metal Nanoparticles and Nanoflakes by Surfactant-Assisted High-Energy Ball Milling
Sürfaktan Destekli Yüksek Enerjili Bilyalı Öğütme ile Nadir Toprak 3d Geçiş Metal Nanopartikülleri ve Nanopullar
NİLAY GÜNDÜZ AKDOĞAN
Doktora
İngilizce
2012
Fizik ve Fizik MühendisliğiUniversity of DelawareFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GEORGE HADJIPANAYIS
- The effect of A-site deficiency in simple perovskite manganites
Basit perovskit manganitlerde A-kısım eksikliğinin etkisi
TANSU AŞATIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiBolu Abant İzzet Baysal ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEVGİ POLAT ALTINTAŞ
- Alümina ilavesinin Li2O-ZnOSi2 cam ve cam seramiklerinin kristalizasyon davranışı, mekaniksel ve kimyasal özellikleri üzerine etkisi
Başlık çevirisi yok
ELVAN BİLGE ÇUKUR