Sintesi e caratterizzazione di composti termoelettrici Co4Sb12 drogati con Yb

The consumption habits and the growing need for energy in our world have awoken the interest in alternative energy sources, along with new technologies able to optimize the energy efficiency. Thermoelectric materials have attracted a great deal of attention recently because of their use in solid state power generation from exhaust or waste heat sources, resulting in improved energy efficiency. They were so made important progress in their synthesis and research of methods with even better performance, getting closer and closer to the real possibility of large-scale application. thermoelectric materials that have met with great interest are the skutterudites,which have generic formula MX3 and crystallize in bcc structures,where M is a metal and X a metalloid. An important feature of the MX: structure is represented by the fact that inside the elementary cell, you generate two large interstices here you can place additional atoms such as lanthanides, actinides or alkaline earth metals, the presence of these atoms allows to reduce considerably the thermal conductivity by phonon scattering. In this thesis the work was focused on skutterudite CoSb3 filled with Yb (1,5% in weight). The main of this work is the obtaining of the single phase CoSb3 and the evaluation of the degree of penetration of Yb within the elementary cell so as to minimize the thermal conductivity and thus increase the dimensionless figure of merit ZT. A this purpose three different synthesis methods were compared of such compound: melt spinning, sintering and heat treatment in a muffle furnace. The samples obtained were charaeteized with different techniques: X-ray diffraction, Scansion electron microscope. The effect of the different microstructure and Yb solubility on Thermoelectric properties was evalueted.

Le abitudini di consumo e il crescente bisogno di energia nel nostro mondo hanno risvegliato l'interesse per le fonti energetiche alternative, insieme a nuove tecnologie in grado di ottimizzare l'efficienza energetica. Materiali termoelettrici hanno attirato una grande attenzione recentemente a causa del loro uso nella produzione di energia allo stato solido da fonti di calore di scarico, con conseguente miglioramento dell'efficienza energetica. Sono stati così compiuti importanti progressi nella loro sintesi e nella ricerca di metodi con prestazioni ancora migliori, sempre più vicino alla reale possibilità di applicazione su vasta scala. Materiali termoelettrici che hanno ttirato grande interesse sono le skutteruditi, che hanno formula generica MX3 e cristallizzano in strutture bcc dove M è un metallo e X un metalloide. Una caratteristica importante della struttura MX è rappresentato dal fatto che all'interno della cella elementare, si generano due grandi interstizi dove si possono posizionare atomi aggiuntivi come lantanidi, attinidi o metalli delle terre rare, la presenza di questi atomi permette di ridurre sensibilmente la conducibilità termica dalla dispersione dei fononi. In questo lavoro di tesi si è concentrati sulla skutterudite CoSb3 riempita di Yb (1,5% di peso). L'obiettivo principale di questo lavoro è l'ottenimento della singola fase CoSb3 e la valutazione del grado di penetrazione del Yb all'interno della cella elementare in modo da minimizzare la conducibilità termica e così aumentare la figura adimensionale di merito ZT . A questo scopo tre diversi metodi di sintesi di tale composto sono stati confrontati: melt spinning, sinterizzazione e trattamento termico in un forno a muffola. I campioni ottenuti sono stati caratterizzati con diverse tecniche: diffrazione di raggi X, microscopio elettronico a scansione. L'effetto della diversa microstruttura e la solubilità di Yb sulle proprietà termoelettriche è stato valutato.