The thermoelectric Seebeck and Peltier effects of a single walled carbon nanotube (SWCNT) quantum dot nanodevice are investigated, taking into consideration a certain value of applied tensile strain and induced ac-field with frequency in the terahertz (THz) range. This device is modeled as a SWCNT quantum dot connected to metallic leads. These two metallic leads operate as a source and a drain. In this three-terminal device, the conducting substance is the gate electrode. Another metallic gate is used to govern the electrostatics and the switching of the carbon nanotube channel. The substances at the carbon nanotube quantum dot/metal contact are controlled by the back gate. Results show that both the Seebeck and Peltier coefficients have random oscillation as a function of gate voltage in the Coulomb blockade regime for all types of SWCNT quantum dots. Also, the values of both the Seebeck and Peltier coefficients are enhanced, mainly due to the induced tensile strain. Results show that the three types of SWCNT quantum dot are good thermoelectric nanodevices for energy harvesting (Seebeck effect) and good coolers for nanoelectronic devices (Peltier effect).
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.4
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pp.1883-1889
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2013
Although Fe-Si based alloy has lower figure of merit than Si-Ge alloy applied for space probe, its low cost related to abundant raw material, rather simple processing, high temperature resistance and reliability up to $800^{\circ}C$ made it one of the most promising middle temperature thermoelectric generation materials. The effect of particle size and additive on the thermoelectric properties of p-$FeSi_2$ prepared by a RF inductive furnace was investigated. The electrical conductivity increased slightly with decreasing particle size and hence better grain-to-grain connectivity due to the increase of density. The Seebeck coefficient exhibited the maximum value at about 600~800K and decreased slightly with increasing particle size. This must be due to the amount of residual metallic phase ${\varepsilon}$-FeSi. $Fe_2O_3$ and/or $Fe_3O_4$-doped specimens showed the higher electrical conductivity and the lower Seebeck coefficient due to increase of the metallic phase and Si-vacancy. On the other hand, $SiO_2$-doped specimen showed the higher electrical conductivity and the higher Seebeck coefficients.
We have investigated the effects of dopant on the thermoelectric properties that $La_{(1-x)}M_xCoO_3$(M=Sr, Ca;x=0, 0.1) bulk ceramics fabricated by the conventional solid state reaction method. The Seebeck coefficient of $La_{(1-x)}M_xCoO_3$(M=Sr, Ca;x=0, 0.1) bulk ceramics was measured at wide temperature range from 300 K to 673 K. The thermoelectric properties(Seebeck coefficient and electrical resistivity) depend strongly on the kinds of dopants. Sr and Ca dopant decrease the Seebeck coefficient. Density of sintered $La_{0.9}Sr_{0.1}CoO_3$ ceramic at 1523 K was 7.12 $g/cm^2$ and Seebeck coefficient was 35 ${\mu}V/K$ at 663 K. However, the electrical resistivity of the Sr doped sample was low and stable.
Thermoelectric properties of p-type SiGe alloys prepared by a RF inductive furnace were investigated. Non-doped Si80Ge20 alloys were fabricated by control of the quantity of volatile Ge. The carrier of p-type SiGe alloy was controlled by B-doping. B doped p-type SiGe alloys were synthesized by melting the mixture of Ge and Si containing B. The effects of sintering/annealing conditions and compaction pressure on thermoelectric properties (electrical conductivity and Seebeck coefficient) were investigated. For nondoped SiGe alloys, electrical conductivity increased with increasing temperatures and Seebeck coefficient was measured negative showing a typical n-type semiconductivity. On the other hand, B-doped SiGe alloys exhibited positive Seebeck coefficient and their electrical conductivity decreased with increasing temperatures. Thermoelectric properties were more sensitive to compaction pressure than annealing time. The highest power factor obtained in this work was 8.89${\times}$10-6J/cm$.$K2$.$s for 1 at% B-doped SiGe alloy.
Kim, Gwang-Cheon;Kim, Seong-Geun;Lee, Deuk-Hui;Kim, Hyeon-Jae;Kim, Jin-Sang
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.695-695
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2013
양단간의 온도차를 이용한 열전 발전 및 펠티어 효과를 이용한 열전냉각 소자는 전기와 열의 직접적인 변환으로 활용도가 높아 차세대 에너지 연구 분야로 각광 받고 있다. 열전 소자의 성능 척도는 성능지수 Z (Figure of Merit)로 나타내며, Seebeck 계수 및 전기전도도, 열전도도의 관계로 주어지게 되고 재료의 물성치가 소자의 성능에 큰 영향을 주게 된다. 따라서, 열전재료의 성능을 높이는 연구가 활발히 진행되어 왔으며, 최근 에너지 밴드 구조를 조절하여 Seebeck계수의 향상을 시도하는 연구가 많이 진행되고 있다. 이는 페르미 레벨근처에 도핑 된 원자들이 Density of states에 추가로 준위를 형성하여 Seebeck 계수 향상을 가능하게 한다. 본 연구에서는 상온용 열전 물질인 $Bi_2Te_3$에 Iodine 도핑을 통한 열전 성능 변화를 고찰하고자 한다. $Bi_2Te_3$는 유기금속 화합물 증착 방법으로 성장하였고 기판으로 $4^{\circ}$기울어진 GaAs를 사용 하였다. 전기적 특성은 Seebeck 측정 및 Van der Pauw법에 의한 Hall measurement 방법으로 분석하였다.
The effective mean free path model was adopted to examine the thickness effect on the thermoelectric properties of flash-evaporated n-type $Bi_2Te_{2.4}Se_{0.6}$ thin films. Annealing effects on the electron concentration and mobility were also studied, and their variations were analyzed in conjunction with antisite defects. Seebeck coefficient and electrical resistivity versus inverse thickness showed a linear relationship, and the mean free path was found to be $5120\AA$ Electron mobility was increased by annealing treatment and electron concentration was decreased considerably due to reduction of antisite defects, so that electrical conductivity was decreased and Seebeck coefficient was increased. When annealed at 473k for 1 hour, Seebeck coefficient and electrical conductivity were $-200\;\mu V/k\;and\;510\omega^{-1}cm^{-1}$, respectively. Therefore, the thermoelectric power factor was improved to be $20\times10^{-4}\;W/(mK^2)$.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.3
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pp.13-19
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2021
This study examined the effects of stacking faults on the thermoelectric properties for n-type SiC semiconductors. Porous SiC semiconductors with 30~42 % porosity were fabricated by the heat treatment of pressed -SiC powder compacts at 1600~2100 ℃ for 20~120 min in an N2 atmosphere. XRD was performed to examine the stacking faults, lattice strain, and precise lattice parameters of the specimens. The porosity and surface area were analyzed, and SEM, TEM, and HRTEM were carried out to examine the microstructure. The electrical conductivity and the Seebeck coefficient were measured at 550~900 ℃ in an Ar atmosphere. The electrical conductivity increased with increasing heat treatment temperature and time, which might be due to an increase in carrier concentration and improvement in grain-to-grain connectivity. The Seebeck coefficients were negative due to nitrogen behaving as a donor, and their absolute values also increased with increasing heat treatment temperature and time. This might be due to a decrease in stacking fault density, i.e., a decrease in stacking fault density accompanied by grain growth and crystallite growth must have increased the phonon mean free path, enhancing the phonon-drag effect, leading to a larger Seebeck coefficient.
The effect of A1$_4$C$_3$ additive on the thermoelectric properties of SiC ceramics were studied. Porous SiC ceramics with 47∼59% relative density were fabricated by sintering the pressed $\alpha$-SiC powder compacts with A1$_4$C$_3$at 2100∼220$0^{\circ}C$ for 3 h in Ar atmosphere. Crystalline phases of the sintered bodies were identified by powder X-Ray Diffraction (XRD) and their microstructures were observed with a Scanning Electron Microscope (SEM). In the case of A1$_4$C$_3$ addition, the phase transformation of 6H-SiC to 4H-SiC could be observed during sintering. The Seebeck coefficient and electrical conductivity were measured at 550∼95$0^{\circ}C$ in Ar atmosphere. In the case of undoped specimens, the Seebeck coefficients were positive (p-type semiconducting) possibly due to a dominant effect of the acceptor impurities (Al, Fe) contained in the starting powder and electrical conductivity increased as increasing sintering temperature. Electrical conductivity of A1$_4$C$_3$doped specimen is larger than that of undoped specimen under the same condition, which might be due to the reverse phase transformation and increasing of carrier density. And the Seebeck coefficient of A1$_4$C$_3$ doped specimen is also larger than that of undoped specimen. The density of specimen, the amount of addition and sintering atmosphere had significant effects on the thermoelectric property.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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