Engineering of Carbon-Oxide Composite Thermoelectric Nanomaterials
碳氧化物复合热电纳米材料工程
基本信息
- 批准号:2282312
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Studentship
- 财政年份:2019
- 资助国家:英国
- 起止时间:2019 至 无数据
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The growing concern over carbon emissions has led the development of alternative, greener and sustainable technologies including thermoelectrics (TE). TE devices are solid-state energy converters that transform thermal energy into electricity, applicable to power generation including transportation, nuclear, and manufacturing industries. A limitation of traditional TE materials is the very narrow temperature range for maximum performance, as low as 50C for Bi2Te3, limited power output, relatively low efficiency, the cost and environmental concerns due to toxicity. If TE technology is to be used economically and reliably, the materials need to exhibit high TE efficiency over a wider temperature window. Oxides, e.g. titanate perovskites, are promising TE materials because of their flexible structure and high temperature stability; their current limitations are the modest efficiency. However, integration of oxide TEs and carbon nanotechnologies has the prospect of enhancing performance, via nanostructuring and band engineering at the nanoscale. Our research vision is to enhance thermoelectric properties of oxides by integrating TE and carbon nanotechnologies, as either carbon (graphene) or carbide, into the oxide microstructure; this will generate carbon-oxide composites and extend the range of operating temperatures. However, the engineering of these composites can only be achieved if we characterize and control both the nanostructuring needed for reduced thermal conductivity, and the interface structures and compositions needed for increased electrical conductivity. Our approach involves experiments and modelling to achieve the following objectives: (1) to fabricate thermoelectrics carbon-oxide composites based on SrTiO3, TiO2, with a range of nanostructures to determine the factors controlling electric and thermal transport; (2) to identify the interactions between oxides and carbon that lead to enhanced performance; (3) to produce atomistic models of target microstructures, and to characterize their stability, topology, composition and electronic structure. This proposal is part of a collaboration with the University of Manchester and Bath. It is novel and timely because exploits novel material processing strategies using a multidisciplinary approach (modelling/experiments) to study emerging technologies for cheap and sustainable energy generation. The UK needs to be at the forefront of this field as there are indeed major programmes in TE in Japan, USA, and Europe.The work programme covers (1) target materials: SrTiO3, TiO2 ceramics, (2) materials processing, (3) microstructural control of oxide-graphene (i.e. La/SrTiO3 with graphene) and oxide-carbide (TiC1-xOx/TiOy) composites, (4) general characterization with routine XRD and SEM, (5) measurements of thermoelectric parameters, (6) characterization of the role and generation of interfaces and nanostructures.
对碳排放的日益关注导致了包括热电(TE)在内的替代性、绿色和可持续技术的发展。TE设备是将热能转化为电能的固态能量转换器,适用于发电,包括运输,核能和制造业。传统TE材料的局限性是最大性能的温度范围非常窄,对于Bi 2 Te 3低至50 ℃,有限的功率输出,相对低的效率,成本和由于毒性引起的环境问题。如果要经济可靠地使用TE技术,材料需要在更宽的温度窗口内表现出高的TE效率。氧化物,例如钛酸钙钛矿,是有前途的TE材料,因为它们的柔性结构和高温稳定性;它们目前的限制是效率适中。然而,氧化物TE和碳纳米技术的集成具有通过纳米级的纳米结构化和能带工程来增强性能的前景。我们的研究愿景是通过将TE和碳纳米技术(如碳(石墨烯)或碳化物)集成到氧化物微观结构中来增强氧化物的热电性能;这将产生碳氧化物复合材料并扩展工作温度范围。然而,这些复合材料的工程只能实现,如果我们表征和控制的纳米结构所需的降低导热性,和界面结构和组合物所需的增加导电性。我们的方法包括实验和建模,以实现以下目标:(1)制造基于SrTiO 3,TiO 2的热电碳氧化物复合材料,具有一系列的纳米结构,以确定控制电和热传输的因素;(2)确定氧化物和碳之间的相互作用,导致增强的性能;(3)产生靶微结构的原子模型,并表征其稳定性、拓扑结构、组成和电子结构。该计划是与曼彻斯特大学和巴斯大学合作的一部分。它是新颖和及时的,因为它利用多学科方法(建模/实验)来研究新兴技术,以实现廉价和可持续的能源生产。英国需要走在这一领域的最前沿,因为在日本、美国和欧洲确实有TE的主要项目。工作计划包括(1)目标材料:SrTiO 3、TiO 2陶瓷,(2)材料加工,(3)氧化物-石墨烯的微结构控制(即La/SrTiO 3与石墨烯)和氧化物-碳化物(TiC 1-xOx/TiOy)复合材料,(4)常规XRD和SEM的一般表征,(5)热电参数的测量,(6)界面和纳米结构的作用和生成的表征。
项目成果
期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A Review of Key Properties of Thermoelectric Composites of Polymers and Inorganic Materials.
- DOI:10.3390/ma15238672
- 发表时间:2022-12-05
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