Thermoelektrische Clathrate zur Abwärmerückgewinnung

Silke Bühler-Paschen

Institut für Festkörperphysik, Technische Universität Wien

Intermetallische Clathrate sind faszinierende Materialien, die für Grundlagenforschung und Awendung von großem Interesse sind. Ihre Kristallstruktur – erstmals an Gashydratverbindungen im arktischen Eis beobachtet – wir durch zwei verschiedene Bindungstypen stabilisiert: Ein annähernd kovalent gebundenes Gerüst (Wirt) schließt sehr viel schwächer und annähernd ionisch gebundene Atome (Gast) in großen Kavitäten ein. Dadurch werden gewisse Freiheitsgrade des resultierenden Festkörpers teilweise voneinander entkoppelt. So kann man z.B. unterschiedliche Zweige im Phononenspektrum dem Wirt und den Gastatomen zuordnen. Durch „materials design“ kann die Kopplung zwischen den Freiheitsgraden wieder gezielt eingestellt werden. Das kann man sich für thermoelektrische Anwendungen zunutze machen. Hier werden Materialien mit Eigenschaftskombinationen benötigt, die sich in einfachen Festkörpern ausschließen. Dieses Projekt beschäftigt sich mit preisgünstigen und in weiten Bereichen einstellbaren Clathraten, die hohes Anwendungspotenzial für die Abwärmerückgewinnung haben. Es werden neue Wege eingeschlagen, um den Zusammenhang von chemischer Zusammensetzung, Struktur und Eigenschaften auf hohem Niveau zu verstehen und somit Clathrate mit attraktiven thermoelektrischen Gütefaktoren maßschneidern zu können. Mit diesem Projekt sollen Clathrate einen wesentlichen Schritt in Richtung Anwendungen gebracht werden.