Arbeitsgruppe Thermo-iono-elektronische Materialien und Mikrostrukturanalytik

Unter dem Dach der thermo-iono-elektronischen (TIE) Materialien können alle Festkörper zusammengefasst werden, die Entropie, Ionen oder Elektronen leiten, wenn sie entsprechenden thermodynamischen Potentialgradienten ausgesetzt werden. Entsprechend strömen Wärme, elektrochemische Energie und elektrische Energie durch diese Materialien. Damit lassen sich Energiekonversion, Energiespeicherung oder Stofftrennung realisieren.

Zur Realstrukturaufklärung der TIE-Materialien werden Röntgendiffraktometrie (XRD) mit Strukturverfeinerungsmethoden (Pawley, Rietveld) sowie Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FE-REM) und Feldemissions-Transmissionselektronenmikroskopie (FE-TEM) herangezogen.

Thermoelektrisches Energy Harvesting oder „Energieernten“ beruht auf der thermischen Induktion eines elektrischen Stromes (Seebeck-Effekt). Es stellt sich die Aufgabe, solche Materialien aufzufinden und weiterzuentwickeln, in denen möglichst wenig Entropie fließt, die nicht an einen Ladungsstrom koppelt, der Ladungsstrom aber zugleich viel Entropie mit sich führt.

Ein vielversprechender Ansatz besteht in der Nanostrukturierung von Materialien, um die freie Ausbreitung elastischer Schallwellen im Material  – welche Hauptträger des nicht an einen Ladungsstrom koppelnden Entropiestroms sind – durch Streuung an den Nanostrukturen zu verringern, während der Transport von Elektronen möglichst unbehindert bleibt.

Wir erforschen oxid-basierte thermoelektrische Nanomaterialien, welche hohe Leistungsfaktoren sowie Gütefaktoren aufweisen und sich durch Hochtemperaturstabilität auszeichnen.

Die Materialien werden synthetisiert, mikrostrukturell sowie funktionell charakterisiert und für den Einsatz in Prototyp-Thermogeneratoren ertüchtig.