Towards efficient RuO2 thermoelectric thin films through utilizing a quantum design approach

利用量子设计方法开发高效的 RuO2 热电薄膜

基本信息

批准号：
238119584
负责人：
Professor Jochen M. Schneider, Ph.D.
金额：
--
依托单位：
Lehrstuhl für Werkstoffchemie (MCh)
依托单位国家：
德国
项目类别：
Research Grants
财政年份：
2013
资助国家：
德国
起止时间：
2012-12-31 至 2015-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/238119584?language=en
关键词：
Towards efficient RuO2 thermoelectric thin

项目摘要

RuO2 (rutile structure) exhibits a potential for thermoelectric applications due to its interesting transport properties. The objective of this work is to correlate composition, structure, and transport properties for RuO2 and RuO2 alloyed with Nb, Pd, and a lanthanide. Using ab initio calculations, we will probe the effect of all lanthanides as possible alloying elements for RuO2, on phase stability, Seebeck coefficient, and electrical conductivity thereof. Based on this quantum design approach, we will identify a suitable lanthanide and test this design proposal experimentally. Our experimental strategy is to investigate a large compositional range by combinatorial sputtering and analysis of chemical composition, structure, morphology, as well as bonding and then synthesize homogeneous thin films for Seebeck coefficient, thermal and electrical conductivity measurements. RuO2 nanorods can be formed by reactive sputtering and here we will explore the role of alloying on nanorod formation and hence transport properties. We will also carry out ab initio molecular dynamics simulations as well as plasma chemistry and energetics investigations of Ru-O2-Ar discharge to explore the underlying atomic-scale mechanisms. Hence, two routes to increase the figure of merit for RuO2 based thin films will be followed: (i) quantum confinement effects by alloying and (ii) enhanced phonon scattering by nanorod formation.

RUO2（金红石结构）由于其有趣的运输特性而表现出热电应用的潜力。这项工作的目的是将RUO2和RUO2的组成，结构和运输特性相关联，与NB，PD和A Lanthanide合成。使用从头算计算，我们将探测所有灯笼元素作为RUO2的合金元素，对相稳定性，Seebeck系数及其电导率的影响。基于这种量子设计方法，我们将确定合适的灯笼，并通过实验测试该设计建议。我们的实验策略是通过对化学组成，结构，形态以及键合的结合溅射和分析来研究较大的组成范围，然后合成均匀的薄膜，以实现Seebeck系数，导电性测量值。 RUO2纳米棒可以通过反应性溅射来形成，在这里我们将探索合金对纳米棒形成的作用，从而探索转运性能。我们还将进行依次的分子动力学模拟，以及血浆化学和RU-O2-AR放电的能量研究，以探索潜在的原子尺度机制。因此，将遵循两种增加基于RUO2的薄膜功绩的途径：（i）合金构成和（ii）通过纳米棒形成增强的声子散射的量子限制效应。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Multifold Seebeck increase in RuO2 films by quantum-guided lanthanide dilute alloying

量子引导镧系元素稀合金化使 RuO2 薄膜的塞贝克倍数增加

DOI：
10.1063/1.4864078
发表时间：
2014
期刊：
Applied Physics Letters
影响因子：
4
作者：
D. Music;F.H.-U. Basse;L. Han;Devender;T. Borca-Tasciuc;J.J. Gengler;A.A. Voevodin;G. Ramanath;J.M. Schneider
通讯作者：
J.M. Schneider

Critical evaluation of the colossal Seebeck coefficient of nanostructured rutile MnO2