Optimierung der thermoelektrischen Eigenschaften der Heusler-Verbindung Fe2V1.1–xTi2xAl0.9–x

Abstract

In dieser Arbeit wurde der n-Typ Heusler-Werkstoff mit der Zusammensetzung Fe2V1.1Al0.9 untersucht, wobei Vanadium (V) und Aluminium (Al) zu gleichen Teilen durch Titan (Ti) ersetzt wurden. So wurden Materialien mit der Zusammensetzung Fe2V1.1–xTi2xAl0.9–x mit x = 0.1 bis 0.9 hergestellt und hinsichtlich ihrer Löslichkeit und thermoelektrischen Eigenschaften analysiert. Die Materialien mit den höchsten Leistungswerten (Gütefaktor zT) wurden dann zur Optimierung verwendet. Zur Verbesserung von zT wurde versucht, die thermische Leitfähigkeit λ zu verringern. Dazu wurden auch p-Typ Proben verwendet. Drei Ansätze wurden verfolgt: Substitution mit Tantal (Ta), Wolfram (W) und Ersatz von Ti durchZirkon (Zr). Die ersten beiden Ansätze führten zu einer Verringerung von λ und erreichten Werte von ≈ 5 W/(m · K) für die n-Typen und ≈ 6.9 W/(m · K) für die p-Typen. Den höchsten Gütefaktor erreichte die negativ substituierte Probe mit der Zusammensetzung Fe2V0.95Ta0.05Ti0.2Al0.8 mit zT = 0.3 bei 500 K. Bei den p-Typ Proben wurde der höchste Wert für die Zusammensetzung Fe2V0.75Ta0.05Ti0.3Al0.9 mit zT = 0.17 bei 460 K erreicht.

In this diploma thesis, n-type Heusler materials with an initial composition Fe2V1.1Al0.9 were studied. V and Al have been replaced by Ti in equal proportions. Materials with the composition Fe2V1.1–xTi2xAl0.9–x , with x = 0.1 to 0.9, were prepared and investigated for their solubility and thermoelectric properties. The materials with the best thermoelectric performance (figure of merit, zT) were then used for optimisation.In order to improve the zT, an attempt was made to reduce the thermalconductivity, λ. p-type samples were also used for this purpose. Three approaches were executed: Substitutions by Ta and W and replacement of Ti by Zr. The first two approaches resulted in a reduction of λ and achieved thermal conductivities of ≈ 5 W/(m · K) for the n-types and ≈ 6.9 W/(m · K) for the p-types. The highest figure of merit was achieved by the negatively substituted sample with the composition Fe2V0.95Ta0.05Ti0.2Al0.8 with zT = 0.3 at 500 K. For the p-type samples the highest value for the composition Fe2V0.75Ta0.05Ti0.3Al0.9 with zT = 0.17 was obtained at 460 K.