Nanopartícula Sb2Te3

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 5783 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Nanotubos de carbono de parede simples (SWCNTs) são materiais termoelétricos promissores devido à sua flexibilidade e excelente durabilidade quando expostos ao calor e produtos químicos. Assim, espera-se que sejam utilizados em fontes de alimentação para diversos sensores. No entanto, seus desempenhos termoelétricos são inferiores aos dos materiais termoelétricos inorgânicos. Para melhorar o desempenho termoelétrico, mantendo as excelentes características dos SWCNTs, é proposta uma nova abordagem para formar camadas termoelétricas inorgânicas nas superfícies dos feixes SWCNT usando eletrodeposição. Nós sintetizamos filmes SWCNT contendo nanopartículas de Sb2Te3 e os revestimos com camadas Sb2Te3 eletrodepositadas. As nanopartículas de Sb2Te3 foram sintetizadas por meio de uma reação redox espontânea, que foram então adicionadas a uma solução de dispersão de SWCNT, e os filmes foram produzidos por meio de filtração a vácuo. Em maiores teores de nanopartículas nos filmes, as camadas eletrodepositadas de Sb2Te3 cobriram completamente os feixes SWCNT devido ao aumento da concentração de íons precursores perto da superfície do feixe SWCNT, que por sua vez foi o resultado de nanopartículas fundidas. O desempenho termoelétrico melhorou e o fator de potência máximo a aproximadamente 25 °C foi de 59,5 µW/(m K2), que foi 4,7 vezes maior que o do filme SWCNT normal. Essas descobertas fornecem informações valiosas para projetar e fabricar materiais termoelétricos flexíveis de alto desempenho.

Geradores termoelétricos são dispositivos promissores de captação de energia. Eles produzem energia elétrica via difusão de portadores em resposta ao fluxo de calor produzido por um gradiente de temperatura em materiais termoelétricos. O amplo desenvolvimento da Internet das Coisas (IoT) facilitou o surgimento da tecnologia de gerador termoelétrico flexível1,2,3,4. Isso ocorre porque a tecnologia IoT requer um grande número de sensores, e fontes de alimentação sem fio para os sensores usando fontes de calor ambiente são indispensáveis ​​para a tecnologia. Além disso, a flexibilidade favorece a instalação de geradores em diversas fontes de calor, como corpos humanos e objetos de superfície curvada5,6,7,8.

Geralmente, os materiais termoelétricos flexíveis incluem materiais orgânicos condutores9,10,11, nanotubos de carbono de parede simples (SWCNTs)12,13,14 e seus compósitos15,16,17. Entre eles, os SWCNTs são excelentes como fontes de alimentação para sensores IoT, pois apresentam excelente durabilidade química e térmica. Embora SWCNTs demonstrem excelentes características para geradores termoelétricos flexíveis, seus desempenhos termoelétricos são inferiores aos de calcogenetos inorgânicos, como ligas à base de Bi2Te318. O desempenho termoelétrico é expresso pela figura de mérito adimensional ZT = σS2T/κ e fator de potência PF = σS2, onde σ, S, T e κ representam a condutividade elétrica, coeficiente de Seebeck, temperatura absoluta e condutividade térmica, respectivamente .

Para aumentar o desempenho termoelétrico, uma abordagem eficaz é combinar os SWCNTs com materiais termoelétricos inorgânicos. Jin et ai. usou uma técnica de pulverização catódica para fabricar um material termoelétrico flexível compreendendo nanocristais de telureto de bismuto (Bi2Te3) altamente ordenados ancorados em uma rede de nanotubos de carbono de parede única; este material exibiu um alto coeficiente de Seebeck19. Wu et al.20 prepararam filmes finos híbridos de SWCNTs tipo p e nanoplacas de telureto de antimônio (Sb2Te3), que exibiram altos fatores de potência, por meio da combinação de filtração a vácuo e recozimento. Além desses estudos, excelentes materiais termoelétricos têm sido propostos combinando NTCs com compostos inorgânicos e orgânicos21,22. Em nosso estudo anterior, preparamos uma solução de dispersão de SWCNT em nanoplacas Bi2Te3 usando uma síntese solvotérmica e produzimos filmes flexíveis por drop-casting, resultando em um aumento no desempenho termoelétrico23,24,25.