Improved thermoelectric properties for solution grown Bi2Te3−xSex nanoplatelet composites

Abstract

We herein report the large-scale synthesis of Bi 2 Te 32x Se x (0.6 ¡ x ¡ 0.75) nanoplatelets through a hydrothermal method and subsequent spark plasma sintering. The effect of selenium alloying and the spark plasma sintering temperature on the thermoelectric properties of the Bi 2 Te 3 nanostructured bulk materials were investigated. The results indicate that compared to samples fabricated in an autoclave, preparing Bi 2 Te 32x Se x in glass beaker with suitable Se alloying and appropriate sintered temperature is an efficient way to reduce the lattice thermal conductivity due to a large number of Bi 2 TeO 5 nanodots with sizes of around 10 nm. Meanwhile, a decrease in electrical resistivity due to increase in carrier mobility and an enhancement of the Seebeck coefficient attribute to decrease in carrier concentration were observed. As a result, the thermoelectric figure-of-merit, ZT, is significantly improved and the maximum value reaches 0.96 for Bi 2 Te 2.25 Se 0.75 at 490 K.

Untitled

“…If the crystallite is tensioned then the d spacing's will be varied; a compressive tension would make the d spacing's smaller, say reducing a given spacing d to d−δd. The crystalline dimension and lattice train were estimated with well-known Scherrer equation (Burton et al 2009) using the (015) reflection is 4.86 nm and 0.0310, respectively, which conforms reasonably well to the nanostructure form (Li et al 2013, Gharsallah et al 2017. Figure 6 shows the EDX spectrum that materials of Bi, Te and Se were arranged with their atomic stoichiometric ratio.…”

Covalently bonded compounds of heavy group 15/16 elements – Synthesis, structure and potential application in material sciences

“…[147] In addition, the figure of merit zT M a n u s c r i p t of the binary materials can be increased by doping of the material with additional group 16 elements as was demonstrated for sulfur-doped Bi 2 Te 3 , quarternary (Sb,Bi) 2 (Se,Te) 3 nanocrystals and others M 2 E 3 materials. [148,149,150,151,152] In addition, nanostructured Bi 2 Te 3 /Bi 2 S 3 and Bi 2 Te 3 /Bi 2 Se 3 heterocomposites showed improved thermoelectric properties. [153,154] Bottom-up chemistry approaches, including those using molecular single source precursors, offer the possibility for generating property-defined phase separation of multicomponents on multiple length scales as well as the simultaneous generation of two different nanomaterials in order to create bulk thermoelectric materials.…”

Preparación de materiales para aplicaciones termoeléctricas

“…Los termoeléctricos siempre fueron demasiado ineficientes como para ser rentables en la mayoría de las aplicaciones [3]. Sin embargo, a mediados de 1990, hubo un resurgimiento en el interés por estos materiales, cuando las predicciones teóricas sugirieron que la eficiencia termoeléctrica podría mejorarse considerablemente a través de una ingeniería nano-estructural.…”

“…Sin embargo, a mediados de 1990, hubo un resurgimiento en el interés por estos materiales, cuando las predicciones teóricas sugirieron que la eficiencia termoeléctrica podría mejorarse considerablemente a través de una ingeniería nano-estructural. Estas predicciones teóricas incentivaron esfuerzos experimentales dirigidos no solo a demostrar la prueba de principio sino también a la obtención de nuevos materiales con mayor eficiencia [3,4].…”

“…La mejora de ZT en materiales termoeléctricos nanoestructurados se ha obtenido explotando la dispersión de límites de grano que induce una disminución de k y el alto coeficiente de Seebeck obtenido del efecto de confinamiento cuántico o la filtración de energía de baja energía electrones en la interfase [3]. Entre estos enfoques, los métodos físicos para obtener materiales nanoestructurados incluyen la precipitación in situ de nanopartículas en fase lenta y la nanostructurización in situ mediante la deformación de los bultos.…”