Исследователи отметили, что новое сочетание материалов в новых термоэлектрических материалах позволяет создать более стабильные и доступные аналоги современных материалов. Эти материалы способны преобразовывать тепло в электрическую энергию, обладая новыми свойствами благодаря последней инновации.
Хорошим термоэлектрическим материалом считается тот, который обладает способностью хорошо проводить электричество и плохо проводить тепло одновременно. Такое противоречие является очевидным, поскольку хорошие проводники электричества обычно хороши и в проведении тепла.
Исследователи стремятся подавить передачу тепла, используя колебания решетки, в твердых телах. Фабиан Гармруди, получивший докторскую степень в Венском техническом университете, отметил, что в термоэлектрических материалах приоритет отдается подавлению передачи тепла через колебания решетки, так как последние не способствуют преобразованию энергии. Именно это делает такие материалы привлекательными для использования в автономных энергосистемах микросенсоров и других миниатюрных электронных устройств.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, выявило, что добавление архетипичного топологического изолятора Bi1−xSbx на границах зёрен порошка из сплава железа, ванадия, тантала и алюминия позволяет эффективно разделить перенос заряда и тепла. Это приводит к снижению коэффициента теплопроводности κL и внезапному увеличению подвижности электронов μW. Таким образом, для улучшения свойств материалов необходимо одновременно подавить колебания кристаллической решётки и увеличить подвижность электронов, что ранее было препятствием для исследований.
Воспоминая своё исследовательское пребывание в Цукубе (Япония), Гармруди отмечает, что благодаря премии Lions он смог создать новые гибридные материалы с выдающимися термоэлектрическими свойствами в Национальном институте материаловедения в Японии. Это было осуществлено в рамках его работы в Венском техническом университете.
Процесс включал смешивание порошка сплава железа, ванадия, тантала и алюминия (Fe2V0.95Ta0.1Al0.95) с порошком висмута и сурьмы (Bi0.9Sb0.1), после чего материал прессовали под высоким давлением и температурой, чтобы получить компактный продукт.
В отчете утверждается, что из-за различий в химических и механических свойствах материал BiSb не смешивается с сплавом FeVTaAl на атомном уровне. Вместо этого он преимущественно оседает на границах микрометрового размера между кристаллами.