Correlaciones entre (C12-C44)/B y G/B para PBTE con vacante PB y TE (de 1 a 5 vacante), donde B es módulo a granel, G es el módulo de corte. Crédito: Journal of Materials Chemistry A (2025). Doi: 10.1039/d5ta00823a
Un equipo de investigación de Skoltech, la Universidad de Ben-Gurion del Negev, el Instituto Emanuel de Física Bioquímica RAS y otras organizaciones científicas han estudiado el efecto de varios tipos de defectos sobre el comportamiento mecánico del material termoeléctrico basado en el plomo (PBTE).
El material se usa ampliamente como termoeléctrico debido a su alta eficiencia de conversión de calor a electricidad, pero su alta fragilidad sigue siendo una limitación clave que restringe significativamente las aplicaciones prácticas. En el telururo de plomo, hay tres tipos principales de defectos: sustituciones atómicas, desplazamiento de un elemento a la posición de otro y la formación de vacíos (vacantes) cuando faltan átomos de telurio o plomo individuales en la estructura.
En el primer caso, los átomos de plomo o telurio se reemplazan al azar por otros elementos (como sodio o bismuto). El propósito de tales sustituciones es modificar las propiedades eléctricas del material para mejorar la eficiencia del dispositivo. Sin embargo, estas sustituciones también afectan la resistencia mecánica del material.
Cuando un átomo de sustitución tiene un número diferente de electrones de valencia que el átomo del huésped, crea un exceso de electrones o deficiencia, modificando así la conductividad eléctrica del material. Esto crea dos posibles tipos de conductividad: tipo N, donde dominan los electrones libres, y prevalecen los portadores cargados positivamente (agujeros).
“El telururo de plomo es un material muy prometedor, pero el problema es que el tipo P es el mejor para la electrónica, mientras que tiene peores propiedades mecánicas”, comentó la primera autora del estudio, Ilya Chepkasov, científica de investigación senior de Skoltech Energy Transition Center.
“Nuestra tarea era encontrar una manera de mejorar estas propiedades del telururo de plomo dopado con P. En el documento, mostramos cómo esto se puede abordar a través de los defectos internos del material. Este enfoque abre las perspectivas para desarrollar termoeléctricos efectivos de próxima generación que combinen la eficiencia de conversión de alta energía con características de rendimiento mejoradas”.
En su estudio publicado En el Journal of Material Chemistry A, los autores investigaron mecanismos para modificar las propiedades mecánicas del material mediante la introducción de defectos específicos, incluidos varios tipos de sustituyentes, vacantes e intersticiales.
Emplearon un conjunto integral de métodos modernos de modelado teórico, incluidos los cálculos de la teoría funcional de densidad, el análisis de unión de productos químicos utilizando el método de población de Hamilton Orbital Hamilton (COHP) y simulaciones de deformación informática utilizando modelos de potencial interatómico basados en el aprendizaje profundo.
“Nuestros cálculos muestran aumentos significativos en la fragilidad material para las muestras dopadas con sodio (tipo P) con vacantes de telurio, que son defectos intrínsecos en el telururo de plomo. Una situación similar ocurre cuando el centro de la transición de la transición de la energía y el coexistor de la transición de la energía de Skoltech de Skoltech, dijo el centro de la transición de energía y coexistente de los principales.
El factor clave que afecta la fragilidad y la plasticidad en el telururo de plomo dopado con diferentes tipos de defectos es el exceso o deficiencia de la densidad de electrones en los enlaces químicos de PBTE.
Las simulaciones de redes neuronales de aprendizaje profundo identificaron mecanismos de ajuste óptimos para mejorar las propiedades mecánicas del material dopado. Por ejemplo, el material dopado con sodio se puede hacer más dúctil agregando vacantes de plomo y sustituyendo algún plomo con Tellurium.
Los resultados hacen una contribución importante para desarrollar generadores termoeléctricos basados en el telururo de alto rendimiento y abordar su limitación principal: la fragilidad mecánica excedente.
Más información: Ilya V. Chepkasov et al, ajuste de propiedades mecánicas de materiales termoeléctricos basados en PBTE dopados impulsados por defectos intrínsecos, Journal of Materials Chemistry A (2025). Doi: 10.1039/d5ta00823a
Proporcionado por el Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo
Cita: la ingeniería de defectos puede mejorar la confiabilidad de los termoeléctricos para generadores de alto rendimiento (2025, 26 de agosto) recuperado el 26 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-defect-reliability-thermoelectrics-high-generators.html
Este documento está sujeto a derechos de autor. Además de cualquier trato justo con el propósito de estudio o investigación privada, no se puede reproducir ninguna parte sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona solo para fines de información.
