KCI등재
SCIE
SCOPUS
Thermoelectric properties of nano-bulk bismuth telluride prepared with spark plasma sintered nano-plates
저자
Ahn, Kyunghan ; Won, Jong Kook ; Kang, Yeo Kyung ; Hwang, Chahwan ; Chung, In ; Kim, Myung-Gil
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2019
작성언어
-주제어
등재정보
KCI등재,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
97-101(5쪽)
제공처
소장기관
<P><B>Abstract</B></P> <P>The pursuit for a high-performance thermoelectric n-type bismuth telluride-based material is significant because n-type materials are inferior to their corresponding p-type materials in highly efficient thermoelectric modules. Herein, to improve the thermoelectric performance of an n-type Bi<SUB>2</SUB>Te<SUB>3</SUB>, we prepared Bi<SUB>2</SUB>Te<SUB>3</SUB> nano-plates with a homogeneous sub-micron size distribution and thickness range of about a few tens of nanometers. This was achieved using a typical nano-chemical synthetic method, and the prepared materials were then spark plasma sintered to fabricate n-type nano-bulk Bi<SUB>2</SUB>Te<SUB>3</SUB> samples. We observed a significant enhancement of the anisotropic electrical transport properties for the nano-bulk sample with a higher power factor along the in-plane direction (24.3 μW cm<SUP>−1</SUP> K<SUP>−2</SUP> at 300 K) than that along the out-of-plane direction (8.1 μW cm<SUP>−1</SUP> K<SUP>−2</SUP> at 300 K). However, thermal transport properties were insensitive along the measured direction for the nano-bulk sample. We used a dimensionless figure of merit <I>ZT</I> to calculate the thermoelectric performance. The results showed that the maximum <I>ZT</I> value of 0.69 was achieved along the in-plane direction at 440 K for the nano-bulk n-type Bi<SUB>2</SUB>Te<SUB>3</SUB> sample, which was however smaller than that of the previously reported n-type samples (<I>ZT</I> of 1.1). We believe that a further enhancement of the <I>ZT</I> value in the fabricated nano-bulk sample could be accomplished by effectively removing the surface organic ligand of the Bi<SUB>2</SUB>Te<SUB>3</SUB> nano-plate particles and optimizing the spark plasma sintering conditions, maintaining the nano-plate morphology intact.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Considerable anisotropic electrical transport properties are observed for the nano-bulk Bi2Te3 material. </LI> <LI> The lattice thermal conductivity along the in-plane direction of sample is almost close to that of the corresponding out-of-plane sample. </LI> <LI> A maximum ZT of 0.69 are achieved at 440 K for the in-plane sample, which is 68% higher than that of the out-of-plane sample. </LI> <LI> A research route toward a facile removal of organic ligands around nano-plates will be promising for a n-type high-performance Bi2Te3 TE material. </LI> </UL> </P>
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