Kompozit, katkılama yöntemleri ve YFK kullanılarak yeni yarı-Heusler termoelektrik malzemelerin geliştirilmesi

Termoelektrik malzemelerin, gelecekte yenilenebilir enerji kaynakları arasında önemli bir rol üstlenmesi beklenmektedir. Ancak, günümüzde özellikle yarı-Heusler bileşiklerinin düşük verimlilikleri bu teknolojileri dezavantajlı hale getirmektedir. Bu tez, bu dezavantajı aşmak ve termoelektrik teknolojinin endüstrileşmesine katkı sağlamak amacıyla, malzeme performansını ve dolaylı olarak cihaz verimliliğini artırma yönünde yapılan deneysel ve teorik çalışmaları ele almaktadır. Bu bağlamda, 600oC-1000oC aralığında en yüksek termoelektrik malzeme performansına sahip olanlardan biri olan Ti0.5Zr0.25Hf0.25NiSn0.98Sb0.02 yarı-Heusler bileşiğine mikro ve nano ölçekte tantal ve molibden ilavesi ile termoelektrik malzeme performansında %10 ile %25 arasında artış sağlanmıştır. Ayrıca, yeni, çift yarı-Heusler bileşiği olarak Ta2FeNiSn2, Nb2FeNiSn2 ve V2FeNiSn2 bileşikleri, Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi ile literatürde ilk defa teorik olarak hesaplanmış ve deneysel olarak sentez çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Son bölümde, yine bu gruptan olan Ti2FeNiSb2 çift-yarı-Heusler teorik ve deneysel olarak üretilip her iki çalışma sonucu elde edilen elektronik taşınım özellikleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Bunun akabinde bu yapıdaki titanyum yerine deneysel çalışmalarla kısmi olarak zirkonyum, niyobyum ve vanadyum katkılamaları ile malzeme performansında %250 civarında bir artış elde edilmiştir. Elde edilen bu bulgular, yeni termoelektrik malzemelerin keşfine ve performansının artırılmasına önemli ölçüde katkıda bulunarak, gelecekte daha verimli termoelektrik cihazların geliştirilmesini desteklemektedir.