AT520361A2 - Heuslersche Legierung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Legierung, insbesondere für einen thermoelektrischen Generator (G), wobei die Legierung eine auf Fe2VAl basierende Legierung ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Element der Ausgangsverbindung Fe2VAl derart stöchiometrisch verändert ist, dass die Legierung aus Fe2-xAxV1-yByAl1- zCz gebildet ist, wobei x, y und z jeweils aus einem Bereich zwischen 0,0 und 0,5, A und B jeweils aus einem Übergangselement und C aus einem Hauptgruppenelement ausgewählt wird. Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung einer solchen Legierung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einer Legierung.
Description
Heuslersche Legierung
Die Erfindung betrifft eine Legierung, insbesondere für einen thermoelektrischen Generator, wobei die Legierung eine auf Fe2VAI basierende Legierung ist.
Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung einer solchen Legierung.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einer Legierung.
Auf Fe2VAI basierende Legierungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Legierungen sind Halbleiter oder Metalle und werden auch als Heuslersche Legierungen bezeichnet. Diese haben den Vorteil, dass sie günstig in der Anschaffung und nicht toxisch sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Legierung bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel ist es, eine Verwendung einer solchen Legierung anzugeben.
Des Weiteren ist es ein Ziel, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einer solchen Legierung anzugeben.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zumindest ein Element der Ausgangsverbindung Fe2VAI derart stöchiometrisch verändert ist, dass die Legierung aus Fe2-xAxVi-yByAli-zCz gebildet ist, wobei x, y und z jeweils aus einem Bereich zwischen 0,0 und 0,5, A und B jeweils aus einem Übergangselement und C aus einem Hauptgruppenelement ausgewählt wird.
Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass durch die erfindungsgemäße Zusammensetzung der Legierung eine Wärmeleitfähigkeit des Materials gesenkt ist. In weiterer Folge ist der Seebeckeffekt des Materials gesteigert. Eine erfindungsgemäße Legierung ist thermoelektrisch aktiv, was einen breiten Einsatzbereich derselben ermöglicht. Mit einer solchen Legierung lässt sich beispielsweise ein Wirkungsgrad eines thermoelektrischen Generators steigern. Des Weiteren hat die erfindungsgemäße Legierung eine hohe thermische und chemische Beständigkeit, weshalb die Legierung in Vorrichtungen verwendet werden kann, ohne dass eine zusätzliche Korrosionsschutzschicht notwendig ist.
Es ist besonders günstig, wenn die Legierung zusätzlich Cobalt umfasst, wobei Eisen in der Ausgangslegierung zumindest teilweise durch Cobalt ersetzt ist. Die Legierung
Fei,6Coo,4VAI erwies sich im Rahmen der Erfindung als besonders vorteilhaft, da diese Legierung besonders temperaturstabil bei gleichzeitig verminderter Wärmeleitfähigkeit ist. Als Ausgangsmaterial wird die Verbindung Fe2VAI verwendet, welche im Rahmen der Erfindung stöchiometrisch derart verändert wird, dass eine erfindungsgemäße Legierung gebildet wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei der stöchiometrischen Veränderung der Ausgangsverbindung zumindest eines der Elemente Eisen, Vanadium und Aluminium zumindest teilweise durch ein anderes Element ersetzt wird. Es können auch zwei oder alle drei Elemente der Ausgangsverbindung stöchiometrisch verändert werden, sodass die erfindungsgemäße Legierung gebildet ist. Da zumindest eines der Elemente stöchiometrisch verändert wird, ist es ausgeschlossen, dass x, y und z null sind. Insbesondere werden x, y und z jeweils aus einem Bereich zwischen 0,1 und 0,4, besonders bevorzugt zwischen 0,2 und 0,3, ausgewählt. A und B werden dabei jeweils aus den Übergangselementen des Periodensystems ausgewählt. Übergangselemente sind die chemischen Elemente des Periodensystems mit den Ordnungszahlen von 21 bis 30, 39 bis 48, 57 bis 80 und 89 bis 112. Diese werden auch als Übergangsmetalle bezeichnet. C wird aus den Hauptgruppenelementen ausgewählt, welche sich im Periodensystem vor den Übergangselementen befinden. Die Hauptgruppenelemente haben also die Ordnungszahlen von 1 bis 20.
Es ist von Vorteil, wenn die Legierung zusätzlich Wolfram umfasst. Dadurch werden die oben angeführten Vorteile weiter verbessert, insbesondere ist eine Wärmeleitfähigkeit dieser Legierung weiter gesenkt, wohingegen eine elektrische Leitfähigkeit stets hoch ist. Diese Legierung hat darüber hinaus den Vorteil, dass sie thermisch sowie mechanisch stabil ist, was einen breiten Einsatzbereich ermöglicht. Es kann dabei günstig sein, wenn Vanadium mit Wolframatomen dotiert wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die Legierung zumindest teilweise dotiert ist, wobei eine n-dotierte Legierung aus Fe2-xAxVi-yByAli-zCz gebildet ist, wobei A aus Co, Ni, Cu, Zn, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt, Au oder Hg, B aus Mo, W, Nb oder Ta, C aus Ga, In, Si, Sn, Ge oder Pb, x, y und z jeweils aus einem Bereich zwischen 0,05 und 0,45, insbesondere zwischen 0,1 und 0,4, ausgewählt werden. Die Legierung wird also derart stöchiometrisch verändert, dass eine n-dotierte Legierung gebildet ist, wobei Elemente durch eines der oben erwähnten A- und/oder B-Elemente und oder C-Elemente zumindest teilweise ersetzt werden, um einen n-Leiter zu bilden. Dadurch ist eine maßgeschneiderte Legierung herstellbar, bei welcher eine Wärmeleitfähigkeit auf einen vorbestimmten Wert reduzierbar ist. Bei einer Verwendung der Legierung in einem Thermoelement ist also ein Wirkungsgrad des Thermoelementes gesteigert. Von besonderem Vorteil ist es, wenn A Cobalt (Co) mit x aus einem Bereich zwischen 0,05 und 0,30 ist, weil dadurch ein power factor (Leistungsfaktor) der Legierung erhöht wird, insbesondere im Bereich von bis zu 8 mW/m*K2 oder mehr. Weiter oder zusätzlich ist es besonders vorteilhaft, wenn B Wolfram (W) mit y aus einem Bereich zwischen 0,05 und 0,20 ist. Dadurch ist eine thermische Stabilität einer derartigen Legierung weiter erhöht. Insbesondere ist die Legierung dadurch bis etwa 300 °C oder mehr thermisch stabil ausgebildet.
Es kann auch günstig sein, wenn die Legierung zumindest teilweise dotiert ist, wobei eine p-dotierte Legierung aus Fe2-xAxVi-yByAli-zCz gebildet ist, wobei A aus Ti, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W oder Re, B aus Ti, Zr, Hf, Nb oder Ta und C aus Ga oder In, x, y und z jeweils aus einem Bereich zwischen 0,05 und 0,45, insbesondere zwischen 0,1 und 0,4, ausgewählt werden. Dabei wird die Legierung durch diese p-Dotierung stöchiometrisch verändert. Die Ausgangsverbindung Fe2VAI ist bereits ein p-Leiter. Durch die Dotierung wird diese Eigenschaft also verstärkt. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn A Mangan (Mn) mit x aus einem Bereich zwischen 0,1 und 0,3 ist und B Hafnium (Hf) mit y aus einem Bereich zwischen 0,05 und 0,15 ist. Im Rahmen der Erfindung wurde überraschender Weise festgestellt, dass eine Cr-basiete Schicht auch einen n-Leiter ausbilden kann, wenn diese auf ein Substrat aufgebracht wird. Eine derartig stöchiometrische veränderte Legierung ist thermisch stabil bis etwa 300 °C oder mehr.
Ein Thermoelement oder ein thermoelektrischer Generator, welches oder welcher zumindest teilweise aus der erfindungsgemäßen Legierung gebildet ist, umfasst insbesondere die p-dotierte und n-dotierte Leiter, welche aus der Legierung gebildet sind. Dadurch ist ein Wirkungsgrad des Thermoelementes oder des thermoelektrischen Generator weiter gesteigert ist. Durch das n-Dotieren und/oder p-Dotieren wird ein Leistungsfaktor der Legierung erhöht.
Die erfindungsgemäße Legierung wird mit Vorteil zum Beschichten einer Trägerschicht verwendet. Die mit der Legierung beschichtete Trägerschicht kann vorteilhaft als verbindende Struktur zwischen einer kalten und warmen Seite in einem thermoelektrischen Generator verwendet werden. Dabei ist die Legierung thermoelektrisch aktiv und die Trägerschicht thermoelektrisch passiv.
Das weitere Ziel wird erreicht, wenn ein Verfahren der eingangs genannten Art folgende Schritte umfasst: - Bereitstellen von zumindest einer Trägerschicht und zumindest einer erfindungsgemäßen Legierung, wobei eine Oberfläche der Trägerschicht insbesondere rau ausgebildet ist; - Beschichten der zumindest einen Trägerschicht mit der zumindest einen Legierung durch ein Dünnschichtverfahren; - Aktivieren der aufgebrachten Legierung durch Wärmebehandlung.
Ein damit erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass durch die einzelnen Schritte eine Vorrichtung hergestellt wird, welche außerordentlich gute thermoelektrische Eigenschaften mit hohem power factor aufweist. Die Trägerschicht ist beispielsweise aus einer Keramik, Silicium(oxid), Glas oder einer dünnen Siliciumschicht auf Glas und insbesondere flach gebildet. Günstig ist es jedenfalls, wenn die Trägerschicht eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist und zumindest im Wesentlichen als elektrischer Isolator ausgebildet und thermoelektrisch passiv ist. Ferner wird die Trägerschicht so ausgewählt, dass deren Gitterparameter sowie thermische Ausdehnungskoeffizient ähnlich zu den Parametern der Legierung sind. Um eine ausreichende Haftung der Legierung auf der jeweiligen Trägerschicht sicherzustellen, ist eine Oberfläche dieser rau ausgebildet. Insbesondere weist die Trägerschicht eine mittlere Rauheit im Bereich von etwa von etwa 5 % bis 20 %, insbesondere etwa 12 %, auf. Diese Angabe bezieht sich auf eine Höhe der thermoelektrisch aktiven Schicht. Als Höhe der thermoelektrisch aktiven Schicht wird im Rahmen der Erfindung eine Schichtdicke derselben verstanden. Die Rauheit der Oberfläche der Trägerschicht wird beispielsweise über lonenätzen hergestellt.
Die erfindungsgemäße Legierung ist ein hochdotierter Halbleiter, welcher als zumindest eine, insbesondere mehrere dünne Schicht(en) auf die Trägerschicht aufgebracht wird und schließlich ein thermoelektrisch aktives Material bildet. Im Gegensatz dazu ist die Trägerschicht thermoelektrisch passiv ausgebildet. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Legierung unter Ausbildung von insbesondere p-leitenden und n-leitenden länglichen Elementen auf die Trägerschicht aufgebracht wird.
Erfindungsgemäß kann es günstig sein, wenn die zumindest eine bereitgestellte Trägerschicht eine Höhe im Bereich von etwa 0,2 mm bis 0,4 mm aufweist. Die
Trägerschicht kann beispielsweise plattenförmig ausgebildet sein, wobei diese eine Breite im Bereich von 5 mm bis 15 mm und eine Länge im Bereich von 10 mm bis 100 mm oder länger aufweist. Alternativ kann die zumindest eine Trägerschicht auch beispielsweise gebogen, wellenförmig oder hohlzylindrisch ausgebildet werden. Die Legierung wird entweder physikalisch oder chemisch schichtweise auf dem Trägermaterial abgeschieden. Insbesondere erfolgt das Aufbringen über eine Dünnschichttechnik wie Sputtern. Die Legierung kann jedoch beispielsweise auch aufgedampft werden. Durch das Aufbringen der Legierung über ein Dünnschichtverfahren wird eine sehr dünne Schicht von thermoelektrischem Material gebildet. Die Legierung wird derart auf das jeweilige Trägermaterial z. B. aufgesputtert, dass eine Legierungsschicht mit einer Höhe im Bereich von 100 nm bis 10000 nm, insbesondere im Bereich von 300 nm bis 2000 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 400 nm bis 1000 nm, gebildet wird. Ein Verhältnis der Höhe der Trägerschicht zu der Höhe der aufgebrachten Legierung, insbesondere den gebildeten länglichen Elemente beträgt somit etwa 100:1. Besonders bevorzugt wird die Legierung kontinuierlich auf die Trägerschicht aufgesputtert, wobei beispielsweise eine Schicht mit einer Höhe von 0,5 μm, 1 μm oder 3 μm gebildet wird. Durch das Aufbringen der Legierung über ein Dünnschichtverfahren wird eine thermische Leitfähigkeit der durch das Verfahren hergestellten Vorrichtung weiter vermindert, insbesondere bis in einen Bereich der sogenannten minimalen thermischen Leitfähigkeit. Im Rahmen der Erfindung konnte gezeigt werden, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren Vorrichtungen mit einer sehr kleinen thermischen Leitfähigkeit hergestellt werden können, im Bereich der aus der Literatur bekannten Grenze der minimalen thermischen Leitfähigkeit. Die minimale thermische Leitfähigkeit ist die untere Grenze der thermischen Leitfähigkeit, welche jedes Material aufweist.
Es ist von Vorteil, wenn die Trägerschicht vorab erwärmt wird. Das Trägermaterial wird bei einer Temperatur von etwa 500°C beschichtet, d. h. das Trägermaterial weist etwa diese Temperatur beim Beschichten auf, sodass die Legierung, welche thermoelektrisch aktive Schichten bildet, am Trägermaterial haftet, ohne sich abzulösen. Die Haftung der Legierung am Trägermaterial wird insbesondere durch eine Kombination aus der rauen Oberfläche des Trägermaterial und der hohen Temperatur desselben erreicht.
Besonders günstig ist es, wenn die beschichtete Trägerschicht unter reduziertem Druck, insbesondere unter Hochvakuum wärmebehandelt wird. Dabei wird die Legierung aktiviert, sodass diese gewünschte und vorbestimmte elektrische und thermische oder thermoelektrische Eigenschaften aufweisen. Die Aktivierung erfolgt unter einem Vakuum und bei einer Temperatur im Bereich von etwa 300°C bis 500°C, bevorzugt im Bereich von etwa 400°C bis 480°C, insbesondere im Bereich von etwa 430°C bis 450°C. Diese Wärmebehandlung wird für eine Dauer von etwa einer Woche durchgeführt.
Es ist zweckmäßig, wenn die Trägerschicht flach ausgebildet ist und beidseitig beschichtet wird. Es ist von Vorteil, wenn die Trägerschicht mit p-dotierten und n-dotierten Heuslerschen Legierungen beschichtet werden. Dadurch werden n-Leiter und p-Leiter hergestellt, durch welche ein Wirkungsgrad der hergestellten Vorrichtung weiter verbessert wird; es wird eine äußerst effiziente thermoelektrisch aktive Schicht gebildet. Die dadurch hergestellte thermoelektrisch aktive Schicht, welche als p-dotierte und n-dotierte längliche Elemente ausgebildet sein kann, wird insbesondere immer abwechselnd oder gruppenartig auf der Trägerschicht aufgebracht. Bei der beidseitigen Beschichtung der Trägerschicht, kann auch vorgesehen sein, dass eine Seite mit einer p-dotierten und eine gegenüberliegende zweite Seite mit einer n-dotierten Legierung beschichtet wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die länglichen Elemente erst nach deren Ausbildung auf der Trägerschicht dotiert werden. Günstig ist es jedoch, wenn die Legierung vorab stöchiometrisch verändert wird.
Es ist von Vorteil, wenn die ein Thermoelement bildende beschichtete Trägerschicht mit einer kalten Seite und einer warmen Seite verbunden wird. Dadurch wird ein thermoelektrischer Generator oder ein Peltierelement gebildet, wobei zwischen der kalten und der warmen Seite eine Temperaturdifferenz vorgesehen ist. Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn mehrere Trägerschichten beschichtet und miteinander verbunden werden. Die Trägerschichten können dabei beispielsweise plattenförmig ausgebildet und parallel übereinander angeordnet sein. Alternativ können die Trägerschichten auch jeweils hohlzylindrisch ausgebildet sein, wobei diese jeweils einen unterschiedlich großen freien Durchmesser aufweisen. Diese Zylinder werden dann koaxial und voneinander beabstandet ineinander gesteckt. Die Trägerschichten können jedoch auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise gewellt oder gebogen. Günstig ist es jedoch immer, wenn die Trägerschichten grundsätzlich baugleich ausgebildet sind, wenngleich diese auch unterschiedliche Abmessungen aufweisen können. Wichtig ist es, dass diese annährend gleich lang sind, sodass diese an deren zwei Enden miteinander verbunden werden können. In den jeweiligen endseitigen Verbindungsbereichen werden die beschichteten Trägerschichten mit einer kalten und warmen Seite verbunden. Die kalte Seite kann einen Kühlkörper und/oder die warme Seite ein Heizelement umfassen. Zum Verbinden sowie zur Herstellung elektrischer und/oder thermischer Kontaktflächen ist jeweils ein elektrisch und/oder thermisch leitendes Material vorgesehen, wodurch die beschichteten Trägerschichten mit der kalten und warmen Seite elektrisch und/oder thermisch verbunden werden. Die Kontaktflächen können Kupfer und/oder eine Keramik umfassen oder aus Kupfer und/oder einer Keramik gebildet sein. Bei einer derartigen Verwendung der erfindungsgemäßen Legierung ist es insbesondere von Vorteil, dass die beschichteten Trägerschichten mit einer großen Länge ausgebildet werden können. Dadurch sind große Temperaturdifferenzen zwischen der warmen und der kalten Seite realisierbar, wobei ein Temperaturgradient im Wesentlichen von der Trägerschicht und weniger von der das thermoelektrisch aktive Material bildenden Legierung kontrolliert wird.
Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es auch zweckmäßig sein, wenn als zusätzlicher erster Schritt eine erfindungsgemäße Legierung zur Verfügung gestellt wird. Auf diese wird anschließend die Trägerschicht aufgebracht, welche auf der gegenüberliegenden Seite mit der Legierung wie oben beschrieben beschichtet wird. Die Trägerschicht bildet dadurch folglich eine Isolierschicht und weist in etwa dieselbe Höhe wie das zweite längliche Element auf. Im Gegensatz dazu beträgt die Höhe des bereitgestellten ersten länglichen Elementes ein Vielfaches der anderen beiden Schichten.
Weitere Vorteile, Merkmale und Wirkungen ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:
Fig. 1 ein beschichtetes Thermoelement;
Fig. 2 ein weiteres beschichtetes Thermoelement;
Fig. 3 weitere beschichtete Thermoelemente;
Fig. 4 ein thermoelektrischer Generator.
Fig. 1 bis 3 zeigen jeweils unterschiedlich ausgebildete beschichtete Thermoelemente 2, welche durch mit der Legierung beschichtete Trägerschichten 1 gebildet sind. Das Thermoelement 2 gemäß Fig. 1 ist plattenförmig ausgebildet und umfasst p-dotierte und n-dotierte längliche Elemente 5, welche abwechselnd auf der Trägerschicht 1 aufgebracht sind. Die Trägerschicht 1 ist mit den länglichen Elementen 5 beschichtet, welche seriell zueinander verbunden sind. Fig. 2 zeigt eine andere Variante der Beschichtung der Trägerschicht 1: die p-dotierten und n-dotierten länglichen Elemente 5 sind als Schichten ausgebildet. Fig. 2 zeigt folglich einen Schnitt entlang einer Längsachse durch das Thermoelement 2. Die p-dotierten und n-dotierente länglichen Elemente 5 werden jeweils abwechselnd und übereinander auf der Trägerschicht 1 aufgebracht, insbesondere durch Sputtern. Zwischen jeweils zwei Schichten von länglichen Elementen 5 ist jeweils eine dünne Isolierschicht 6 vorgesehen. Die Isolierschicht 6 ist derart zwischen den länglichen Elementen 5 angeordnet, dass diese seriell miteinander verbunden sind. In Fig. 3 sind zwei Thermoelemente 2 gezeigt, welche hohlzylindrisch ausgebildet und koaxial ineinander gesteckt sind. Diese sind wiederum mit p-dotierten und n-dotierten länglichen Elementen 5 beschichtet, welche zwischen den einzelnen Hohlzylindern entsprechend miteinander verbunden sind. Das Thermoelement 2 gemäß Fig. 3 kann auch wie das Thermoelement 2 gemäß Fig. 1 oder 2 unterschiedlich beschichtet sein.
Die Trägerschicht 1 ist mit der erfindungsgemäßen Legierung beschichtet, welche eine Heuslersche Legierung mit einer derartig optimierten chemischen Zusammensetzung ist, dass eine Wärmeleitfähigkeit der Legierung gesenkt bzw. niedrig ist. Wie anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben, kann die Legierung längliche Elemente 5 ausbildend auf die Trägerschicht aufgebracht werden, wobei die länglichen Elemente 5 jeweils abwechselnd p-dotiert und n-dotiert sein können.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Beschichten der Trägerschicht 1 mit der erfindungsgemäßen Legierung wird die Oberfläche der Trägerschicht 1 durch ein Dünnschichtverfahren mit der Legierung beschichtet, wobei die Trägerschicht 1 rau ausgebildet ist. Insbesondere wird die Trägerschicht 1 dabei bereits vorab erwärmt. Die Legierung wird anschließend durch Wärmebehandlung unter reduziertem Druck aktiviert.
Mit einer derartig beschichteten Trägerschicht wird eine Vorrichtung wie insbesondere ein thermoelektrischer Generator G hergestellt. Fig. 4 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer solchen Vorrichtung als thermoelektrischer Generator G, welcher zur Bereitstellung von elektrischer Energie ausgebildet ist. Dieser umfasst eine kalte Seite 3 und eine warme Seite 4. Die kalte Seite 3 und die warme Seite 4 sind jeweils aus einem elektrisch und/oder thermisch leitenden Material gebildet. Weiter umfasst der thermoelektrische Generator G mehrere Thermoelemente 2, welche zwischen der warmen Seite 4 und der kalten Seite 3 diese verbindend angeordnet und aus mit der erfindungsgemäßen Legierung beschichteten Trägerschichten 1 gebildet ist. Das Thermoelement 2 ist flach und plattenförmig ausgebildet und ist mit mehreren länglichen Elementen 5 beschichtet. Die durch längliche Elemente 5 dargestellte Beschichtung ist aus einer dotierten Heuslerschen Legierung gebildet, wobei die länglichen Elemente 5 abwechselnd p-dotiert und n-dotiert sind. Das Thermoelement 2 gemäß Fig. 4 ist als Trägerschicht 1 ausgebildet auf welche das dotierte Material vorab aufgesputtert wurde. Die Trägerschicht ist aus einem elektrischen Isolator ausgebildet und weist vor dem Aufsputtern eine Rauheit auf. Der thermoelektrische Generator umfasst mehrere Thermoelemente 2, welche jeweils plattenförmig ausgebildet und aufeinander gestapelt sind. Die Thermoelemente 2 sind endseitig derart miteinander verbunden, dass ein Energieübertrag stattfinden kann.
Die kalte Seite 3 umfasst weiter eine Kühlvorrichtung 6. Die warme Seite 4 ist mit einer Fühleinrichtung 7 verbunden, welche zum Messen unterschiedlicher Parameter wie beispielsweise eine Temperatur ausgebildet ist. Ferner ist der thermoelektrische Generator G mit der warmen Seite 4 an einer warmen Seite eines Motors angeordnet, weshalb keine eigene Heizeinrichtung vorgesehen werden muss. Dadurch dass die warme Seite 4 als Schraubenmutter ausgebildet ist, ist der thermoelektrische Generator an externen Vorrichtungen wie eben an der warmen Seite eines Motors anbringbar.
Ein derart ausgebildeter thermoelektrischer Generator wird als autarker Sensor verwendet.
Claims (10)
1. Legierung, insbesondere für einen thermoelektrischen Generator (G), wobei die Legierung eine auf Fe2VAI basierende Legierung ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Element der Ausgangsverbindung Fe2VAI derart stöchiometrisch verändert ist, dass die Legierung aus Fe2-xAxVi-yByAli-zCz gebildet ist, wobei x, y und z jeweils aus einem Bereich zwischen 0,0 und 0,5, A und B jeweils aus einem Übergangselement und C aus einem Hauptgruppenelement ausgewählt wird.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung zusätzlich Wolfram umfasst.
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung zumindest teilweise dotiert ist, wobei eine n- dotierte Legierung aus Fe2-xAxVi-yByAh-zCz gebildet ist, wobei A aus Co, Ni, Cu, Zn, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt, Au oder Hg, B aus Mo, W, Nb oder Ta, C aus Ga, In, Si, Sn, Ge oder Pb, x, y und z jeweils aus einem Bereich zwischen 0,05 und 0,45, insbesondere zwischen 0,1 und 0,4, ausgewählt werden.
4. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung zumindest teilweise dotiert ist, wobei eine p-dotierte Legierung aus Fe2-xAxVi-yByAh-zCz gebildet ist, wobei A aus Ti, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W oder Re, B aus Ti, Zr, Hf, Nb oder Ta und C aus Ga oder In, x, y und z jeweils aus einem Bereich zwischen 0,05 und 0,45, insbesondere zwischen 0,1 und 0,4, ausgewählt werden.
5. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Beschichten einer Trägerschicht (1).
6. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einer Legierung, umfassend folgende Schritte: - Bereitstellen von zumindest einer Trägerschicht (1) und zumindest einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Oberfläche der Trägerschicht (1) insbesondere rau ausgebildet ist; - Beschichten der zumindest einen Trägerschicht (1) mit der zumindest einen Legierung durch ein Dünnschichtverfahren; - Aktivieren der aufgebrachten Legierung durch Wärmebehandlung.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (1) vorab erwärmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beschichtete Trägerschicht (1) unter reduziertem Druck, insbesondere unter Hochvakuum wärmebehandelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (1) flach ausgebildet ist und beidseitig beschichtet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet, dass die ein Thermoelement (2) bildende beschichtete Trägerschicht (1) mit einer kalten Seite (3) und einer warmen Seite (4) verbunden wird.
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|---|---|---|---|---|
| JP2004119648A (ja) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Toshiba Corp | ｐ型熱電変換材料及びそれを用いた熱電変換素子 |
| JP2008021982A (ja) * | 2006-06-15 | 2008-01-31 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 熱電材料及びその製造方法 |
| US9643385B1 (en) * | 2015-12-02 | 2017-05-09 | The Board Of Trustees Of The University Of Alabama | Layered heusler alloys and methods for the fabrication and use thereof |
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2018
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Patent Citations (3)
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