Thermoelektrizität in off-stöichiometrischen Fe2 V1-x WxAl Heusler Systemen

Abstract

Thermoelektrische Materialien bieten die Möglichkeit, entstehende Abwärme in elektrische Energie umzuwandeln. Vor allem Heusler-Legierungen sind im Bezug auf die Suche nach neuen und effizienteren thermoelektrischen Materialien wieder in den Fokus gerückt. Ausgehend von Messungen zu wolframdotierten Fe2VAl-Legierungen wurden zwei Serien synthetisiert, in denen zusätzlich noch das Verhältnis zwischen Eisen, Wolfram und Vanadium gegenüber Aluminium variiert wurde. Die offstöchiometrische Summenformel ergibt sich zu (Fe2/3(WxV1x)1/3)yAl1y mit x = Dadurch ist man nun wieder in der Lage, mittels Sechs-Punkt-Methode, neben der bereits bestehenden Van-der-Pauw-Messmethode, den Hall-Effekt zu messen. Zusätzlich wurden die Proben mittels eines Pulverdiffraktometers kristallographisch untersucht. Die Messungen ergaben, dass Off-Stöchiometrie eine leichte Senkung des elektrischen Widerstands für einige Proben bewirkt. Dadurch wurde bei der zweiten Probe der zweiten Serie ((Fe2/3(W0,1V0,2)1/3)0,76Al0,24) ein ZT-Wert von ZT = 0, 23 bei T = 300K erreicht. Durch Abschätzen der thermischen Leitfähigkeit bis zu T = 570K konnte der ZT-Wert auch für höhere Temperaturen ermittelt werden. Dieser nimmt mit zunehmender Temperatur für alle Proben ab, was auf die Abnahme des Seebeck-Koeffizienten zurückgeführt werden konnte. Das Ergebnis aus früheren Messungen zum Verlauf des Seebeck-Koeffizienten von Heusler-Legierungen auf Fe2VAl-Basis als Funktion der Valenzelektronenkonzentration (VEC) konnte erneut mit einer kleinen Abweichung bestätigt werden. Die durchgeführten Messungen zum Hall-Effekt bestätigten die Ergebnisse zur dominanten Ladungsträgerart in den beiden Serien. Außerdem konnte eine Zunahme der Ladungsträgerdichte bei gleichzeitiger Abnahme der Ladungsträgerbeweglichkeit bei der zweiten Serie verzeichnet werden. Die Widerstandsmessungen bei Raumtemperatur deckten im Vergleich mit den Messungen im Kryobad einen systematischen Fehler des Messplatzes auf.

Thermoelectric materials offer the possibility to convert heat that would be wasted into the environment and turn it into electric energy. Especially Heusler-alloys have recently attracted renewed interest for their application in thermoelectric devices. Based on measurements on tungsten doped Fe2VAl-alloys, two series consisting of four probes each, have been synthesized. Additionally, to the doping with tungsten the (Fe-W-V)/Al-ratio has been varied. Thus, the chemical formula was ((Fe2/3(WxV1x)1/3)yAl1y with x = Furthermore, a measurement setup was modified to measure the Hall effect by using the six-point-method (6P-method) instead of the already existing Van-der-Pauw-method. Additionally, the crystal structure was studied by using power diffraction. The analysis of the executed measurements resulted in a small decrease of the electrical resistivity compared to the non-offstochiometric probes, while there was no significant change in the Seebeck coefficient and the thermal conductivity. Thus, increasing the ZT-value with a highest of ZT = 0,23 at room temperature T = 300K, which was calculated for the second probe of the second series ((Fe2/3(W0,1V0,2)1/3)0,76Al0,24). Moreover, the result of the behaviour for the Seebeck coefficient as a function of the valence electron concentration (VEC) of Fe2VAl based alloys was confirmed with a small deviation. The Hall effect measurements affirmed the results concerning the dominating type of charge carriers in both series. Additionally, a rise in carrier charge density was noticed in the second series. By comparing the results of electrical resistivity measurements which were gained using the 6P-method and inside the cryogenic receptacles a systematic error concerning the Hall effect measurements setup was identified.