Combination of thermal analysis and Knudsen effusion mass spectrometry for investigation of thermal stability of thermoelectric materials

BROŽ, Pavel, František ZELENKA, Jan VŘEŠŤÁL, Jiří BURŠÍK, Isolde ZEIRINGER, Matthias FALMBIGL, Gerda ROGL and Peter Franz ROGL. Combination of thermal analysis and Knudsen effusion mass spectrometry for investigation of thermal stability of thermoelectric materials. In TOFA 2014. 2014.

Basic information

• Original name: Combination of thermal analysis and Knudsen effusion mass spectrometry for investigation of thermal stability of thermoelectric materials
• Name in Czech: Spojení termické analýzy a Knudsenovy efúzní hmotnostní spektrometrie pro výzkum termické stability termoelektrických materiálů
• Authors: BROŽ, Pavel (203 Czech Republic, guarantor, belonging to the institution), František ZELENKA (203 Czech Republic, belonging to the institution), Jan VŘEŠŤÁL (203 Czech Republic, belonging to the institution), Jiří BURŠÍK (203 Czech Republic), Isolde ZEIRINGER (40 Austria), Matthias FALMBIGL (40 Austria), Gerda ROGL (40 Austria) and Peter Franz ROGL (40 Austria).
• Edition: TOFA 2014, 2014.

Other information

• Original language: English
• Type of outcome: Conference abstract
• Field of Study: 10403 Physical chemistry
• Country of publisher: Czech Republic
• Confidentiality degree: is not subject to a state or trade secret
• WWW: TOFA 2014
• RIV identification code: RIV/00216224:14740/14:00073864
• Organization unit: Central European Institute of Technology
• Keywords (in Czech): termoelektika; termická anlýza; Knudsenova efúzní hmotnostní spektrometrie
• Keywords in English: thermoelectrics; thermal analysis; Knudsen effusion mass spectrometry

Abstract

Study in the field of thermoelectric materials is of great importance because these materials are able to directly convert thermal energy into electrical energy (Seebeck effect, 1821; thermoelectric generator) and reversibly electrical energy into thermal energy (Peltier effect, 1835; thermoelectric heat pump or Peltier cooling). The research is currently oriented on non-toxic materials with high ZT-levels which can be reached e.g. by nano-structuring. Improvement of thermoelectric materials and production processes concern their thermoelectric properties, their thermodynamic and phase equilibria and also their long term thermal stability, which strongly depends on the content of volatile constituents as the current progressive materials contain elements like Cd, Zn, Sb, Sr etc. Combination of thermal analysis and Knudsen effusion mass spectrometry performed on a Netzsch STA 409 CD/3/403/5/G apparatus, a specially-adapted type of the commercial STA 409 CD - QMS 403/5 Skimmer Coupling Instrument has been used as a powerful tool for investigation of the temperature and phase stability of selected thermoelectric materials with high ZT-levels. The results supported by microstructure observations and measurements of diffusion profiles are reported.

Abstract (in Czech)

Studium v oblasti termoelektrických materiálů je velice důležité, protože tyto materiály jsou schopny přímo přeměnit termickou energii do elektrické (Seebeck effect, 1821; termoelektrický generátor) a reverzibilně elektrickou energii do termické (Peltierův jev, 1835; termoelektrická teplotní pumpa nebo Peltierovo chlazení). Výzkum je v současnosti orientován na netoxické materiály s vysokým faktorem ZT, který může být dosažen např. nanostukturováním. Zlepšení termoelektrických materiálů a výrobních procesů zahrnuje jejich termoelektrické vlastnosti, termodynamické a fázové rovnováhy a také dlouhodobou termickou stabilitu, které silně závisejí na obsahu těkavých složek, protože současné materiály obsahují Cd, Zn, Sb, Sr a další prvky. Teplotní a fázová stabilita vybraných termoelektrických materiálů s vysokými hodnotami ZT byla studována kombinací termické analýzy a Knudsenovy efúzní hmotnostní spektrometrie prováděné na přístroji Netzsch STA 409 CD/3/403/5/G, který je speciálně upraveným typem komerčního přístroje STA 409 CD - QMS 403/5 Skimmer Coupling Instrument. Jsou prezentovány výsledky podpořené pozorováním mikrostruktury a měřením difúzních profilů.

Links

• ED1.1.00/02.0068, research and development project: Name: CEITEC - central european institute of technology
• GA14-12653S, research and development project: Name: Stabilita a fázové rovnováhy binárních nanočástic kovů (Acronym: Bimetal_nano)

Investor: Czech Science Foundation

• GA14-15576S, research and development project: Name: Komplexní studium fázových diagramů pokročilých kovových materiálů, kombinující ab initio a semiempirické modelování s experimentálními postupy

Investor: Czech Science Foundation

• 7AMB13AT019, research and development project: Name: Nanostrukturovaná termoelektrika

Investor: Ministry of Education, Youth and Sports of the CR