Nanokristal katkılanmış yüksek termoelektrik verimli bixsbytez malzemelerinin SPS ile üretim süreçlerinin tasarlanması ve optimizasyonu
Design and optimization of manufacturing processes of nanocrystal doped high thermoelectric efficient bixsbytez materials with SPS
Yazar: REYHAN BAŞAR BOZ
Danışman: PROF. DR. SERVET TURAN ; PROF. DR. CEM SEVİK
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Akıllı malzemeler = Intelligent materials ; Anizotrop malzemeler = Anisotrop materials ; Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeler = Functionally graded materials

Özet:
Termoelektrik malzemeler, sıcaklık farklarını elektriğe dönüştürme ve bu süreci tersine çevirme kabiliyetleriyle öne çıkarlar. Bir termoelektrik malzemenin verimliliği, boyutsuz verimlilik değeri (ZT) ile ölçülmekte olup, bu değer, Seebeck katsayısı, elektrik iletkenliği ve termal iletkenlik gibi faktörlere bağlıdır. ZT değerini maksimize etmek için, Seebeck katsayısı ve elektrik iletkenliği değerleri yüksek olmalı, ancak termal iletkenlik değeri düşük olmalıdır. ZT'yi en üst düzeye çıkarmak ise zor bir görevdir çünkü bir fiziksel parametreyi optimize etmek genellikle diğerini olumsuz yönde etkileyebilir.
Bu çalışma, oda sıcaklığında görece yüksek bir ZT değerine sahip olan p tipi Bi0,5Sb1,5Te3 termoelektrik malzemesi üzerine sistemli bir araştırma sunmaktadır. İlk olarak, klasik ergitme katılaştırma ve spark plazma yöntemi (SPS) kullanılarak üretilen Bi0,5Sb1,5Te3 malzemesi, SPS parametreleri değiştirilerek optimize edilmiştir. Malzemenin karakterizasyonu ve termoelektrik ölçümleri gerçekleştirilmiş, elde edilen en yüksek ZT değerleri belirlenmiştir. Ardından, Bi0,5Sb1,5Te3 malzemesine TiC, silisyum ve cam eklemeleri yapılarak termoelektrik özelliklerde gelişim sağlanmıştır. Bu çalışma, termoelektrik performansın artırılması için yapılan materyal ve süreç optimizasyonlarına odaklanarak, Bi0,5Sb1,5Te3 tabanlı termoelektrik malzemelerin potansiyelini incelemektedir.

Abstract:
Thermoelectric materials are characterized by their ability to convert temperature differences into electricity and vice versa. The efficiency of a thermoelectric material is measured by its dimensionless efficiency value (ZT), which depends on factors such as the Seebeck coefficient, electrical conductivity, and thermal conductivity. To maximize the ZT value, the Seebeck coefficient and electrical conductivity values should be high, but the thermal conductivity value should be low. Maximizing ZT is a difficult task because optimizing one physical parameter can often negatively affect another.
This work presents a systematic investigation of p-type BiSbTe thermoelectric material, which has a relatively high ZT value at room temperature. Firstly, the Bi0.5Sb1.5Te3 material produced using conventional melt solidification and the spark plasma method (SPS) was optimized by changing the SPS parameters. Characterization of the material and thermoelectric measurements were performed, and the highest ZT values obtained were determined. Then, TiC, silicon, and glass were added to the Bi0.5Sb1.5Te3 material to improve its thermoelectric properties. This study examines the potential of Bi0,5Sb1,5Te3-based thermoelectric materials, focusing on material and process optimizations to improve thermoelectric performance.