Charakterisierung von Clathrat-Einkristallen (PDF)

Bachelorarbeit aus dem Jahr 2013 im Fachbereich Physik - Kernphysik, Teilchenphysik, Note: 1,0, Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main (Physikalisches Institut), Sprache: Deutsch, Abstract: Angesichts des steigenden Energieverbrauchs wird es notwendig, Möglichkeiten der Nutzung von Abwärme zu untersuchen. Bei einer Temperaturdifferenz in einem Leiter kommt es durch Elektronendiffusion zu einer Thermospannung. Folglich kann dieser Effekt zur Erzeugung elektrischer Energie aus Wärme genutzt werden. Der Effekt ist umso größer, je geringer die Wärmeleitfähigkeit des Materials ist, weil dann eine Temperaturdifferenz aufrecht erhalten werden kann und je höher gleichzeitig die elektrische Leitfähigkeit ist, um thermoelektrische Generatoren mit einem hinreichend geringen Innenwiderstand realisieren zu können. Insgesamt ist demnach ein Verhältnis der thermischen zur elektrischen Leitfähigkeit umso günstiger, je kleiner es ist. Die Problematik besteht darin, dass die thermische und die elektrische Leitfähigkeit in der Regel aneinander gekoppelt sind, wodurch man einen niedrigen Wirkungsgrad bei der Umwandlung erhält. Daher wurde der Effekt bis jetzt nicht im Alltag genutzt.

Eine vielversprechende Entwicklung auf diesem Gebiet stellen die intermetallischen Clathratverbindungen dar. Sie weisen bei hoher elektrischer Leitfähigkeit eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit auf. Das wird auf ihre Struktur zurückgeführt, die auch Potential zur weiteren Entkopplung dieser Eigenschaften zeigt.

Der Mechanismus, der dafür verantwortlich sein soll, ist noch nicht genau erforscht. Um diesen Mechanismus zu verstehen und um Clathrate mit noch besseren thermoelektrischen Eigenschaften zu entwickeln, wurden deshalb Untersuchungen an den Verbindungen Ba8Ni3,5Ge42,1[ ]0,4 und Ba8Au5,25Ge40,3[ ]0,45 durchgeführt.