Minimierung der thermischen Leitfähigkeit von substituierten Heusler-Verbindungen basierend auf Fe2VAl

Abstract

In dieser Arbeit wurden 14 Verbindungen auf der Basis von Fe2VAl hergestellt. Es wurden sogenannte hochentropische (mehr als fünf Elemente) und sogenannte neuartige Doppelte- Vollständige-Heusler-Verbindungen (Double Full Heusler Alloys) dotiert mit Ti, Cr, Si, Mo, Ta und W synthetisiert. Der elektronische und thermische Transport dieser Materialien wurde experimentell bestimmt und analysiert. Der Wert der thermischen Leitfähigkeit von Fe2Val ist bei Raumtemperatur relativ hoch mit 24 W/(m · K) und liegt damit mehr als eine Größenordnung höher als der von konventionellen thermoelektrischen Materialien wie Bi2Te3. Daher ist es hinsichtlich einer Maximierung der ZT-Werts ein Anliegen, diese Wärmeleitfähigkeit abzusenken. Hierfür wurden in dieser Arbeit mehrere Strategien verfolgt. Alle thermischen Leit- fähigkeiten der hergestellten Legierungen liegen bei 300 K im Bereich von 7 bis 13 W/(m · K) und somit wesentlich niedriger als die der undotierten Heusler-Verbindung Fe2VAl. Die höchste thermoelektrische Leistungsfähigkeit der hergestellten Legierungen weist Fe2V0.9Ta0.05W0.05Al0.95Si0.05 auf mit ZT=0.22 bei 300 K.

In this work, 14 compounds based on Fe2VAl were synthesized. These included high- entropy (containing more than five elements) and novel Double Full Heusler alloys doped with Ti, Cr, Si, Mo, Ta, and W. The electronic and thermal transport of these materials was determined and analyzed experimentally.The thermal conductivity of Fe2VAl at room temperature is relatively high, measuring 24 W/(m · K), which is more than an order of magnitude higher than that of conventional thermoelectric materials like Bi2Te3. Therefore, a key focus is to reduce this thermal conductivity to maximize the thermoelectric performance, which is proportional to the so-called figure of merit, ZT. To achieve this goal, several strategies were pursued in this study. The thermal conduc- tivities of all the synthesized alloys at 300 K ranged from 7 to 13 W/(m · K), significantly lower than that of the undoped Heusler compound Fe2VAl. The highest thermoelectric performance of the produced alloys reaches Fe2V0.9Ta0.05W0.05Al0.95Si0.05 with ZT=0.22 at 300 K.