Mejorando la Eficiencia de Conversión de Termoeléctricos de Sulfuro de Cobre (I) Impresos por Escritura Directa de Tinta a Través del Proceso de Infusión de Azufre
Autores: Gustinvil, Raden; Wright, William Jordan; Di Benedetto, Giuseppe L.; Skelton, Donald; Stuart, Samuel; Drazin, John W.; Celik, Emrah
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Mejorando la Eficiencia de Conversión de Termoeléctricos de Sulfuro de Cobre (I) Impresos por Escritura Directa de Tinta a Través del Proceso de Infusión de Azufre
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Cobre
Sulfuro
Termoelectricidad
Azufre
Impresión 3D
Eficiencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 36
Citaciones: Sin citaciones
El sulfuro de cobre (I) (CuS) es un material termoelectrico de bajo costo, abundante en la tierra y no tóxico para aplicaciones en el rango de temperatura media-alta (>650 K). Aunque la impresión 3D de estos materiales puede simplificar su fabricación, las altas temperaturas observadas durante el sinterizado afectan su estructura cristalina y eficiencia de conversión de energía. En este estudio, demostramos una nueva metodología de post-procesamiento para revertir las propiedades termoelectricas de los materiales de CuS impresos en 3D a su estado no afectado mediante infusión de azufre. Después de la impresión y el sinterizado, se infundió azufre en los especímenes bajo vacío para optimizar su estructura cristalina y lograr una alta eficiencia termoelectrica. El análisis químico y las pruebas de Difracción de Rayos X (XRD) mostraron que después del proceso de infusión de azufre, la relación Cu/S se revirtió cerca del nivel estequiométrico. El CuS impreso en 3D mostró un comportamiento termoelectrico tipo p con una conductividad eléctrica alcanzando un pico de 143 S-cm a 750 K y un coeficiente de Seebeck de 175 uV-K a 627 K. Se logró un valor de mérito () de 1.0 a 780 K, que es el valor más alto jamás reportado para termoelectricos de CuS impresos en 3D a esta temperatura. La fabricación de materiales termoelectricos ecológicos con libertad dimensional extendida y eficiencia de conversión tiene el potencial de impactar la industria termoelectrica con nuevas aplicaciones de conversión de energía y costos de fabricación reducidos.
Descripción
El sulfuro de cobre (I) (CuS) es un material termoelectrico de bajo costo, abundante en la tierra y no tóxico para aplicaciones en el rango de temperatura media-alta (>650 K). Aunque la impresión 3D de estos materiales puede simplificar su fabricación, las altas temperaturas observadas durante el sinterizado afectan su estructura cristalina y eficiencia de conversión de energía. En este estudio, demostramos una nueva metodología de post-procesamiento para revertir las propiedades termoelectricas de los materiales de CuS impresos en 3D a su estado no afectado mediante infusión de azufre. Después de la impresión y el sinterizado, se infundió azufre en los especímenes bajo vacío para optimizar su estructura cristalina y lograr una alta eficiencia termoelectrica. El análisis químico y las pruebas de Difracción de Rayos X (XRD) mostraron que después del proceso de infusión de azufre, la relación Cu/S se revirtió cerca del nivel estequiométrico. El CuS impreso en 3D mostró un comportamiento termoelectrico tipo p con una conductividad eléctrica alcanzando un pico de 143 S-cm a 750 K y un coeficiente de Seebeck de 175 uV-K a 627 K. Se logró un valor de mérito () de 1.0 a 780 K, que es el valor más alto jamás reportado para termoelectricos de CuS impresos en 3D a esta temperatura. La fabricación de materiales termoelectricos ecológicos con libertad dimensional extendida y eficiencia de conversión tiene el potencial de impactar la industria termoelectrica con nuevas aplicaciones de conversión de energía y costos de fabricación reducidos.