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.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Material
- 2.1 Struktur der Clathrate
- 2.2 Untersuchte Verbindungen
- 3 Methoden
- 3.1 Laue-Verfahren
- 3.1.1 Orientierung
- 3.1.2 Auswertung
- 3.2 Pulverdiffraktometrie
- 3.3 Rasterelektronenmikroskopie
- 3.3.1 Wechselwirkungen im Rasterelektronenmikroskop
- 3.3.2 Energiedispersive Röntgenspektroskopie
- 3.4 Differenzthermoanalyse
- 3.5 Physical Property Measurement System
- 3.1 Laue-Verfahren
- 4 Präparation
- 4.1 Ba8Au5,25Ge40,3O0,45
- 4.2 Ba8Ni3,5Ge42,1O0,4
- 5 Experimente und Ergebnisse
- 5.1 REM- und EDX-Analyse
- 5.2 Differenzthermoanalyse
- 5.3 Pulverdiffraktometrie
- 5.4 Widerstandsmessung
- 5.4.1 Ba8Ni3,5Ge42,1O0,4
- 5.4.2 Ba8Au5,25Ge40,3O0,45
- 6 Schlussbetrachtung
- 6.1 Zusammenfassung
- 6.2 Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Präparation und Charakterisierung der Clathratverbindungen Ba8Au5,25Ge40,3O0,45 und Ba8Ni3,5Ge42,1O0,4. Es soll untersucht werden, ob es sich um Einkristalle handelt und gegebenenfalls orientierte Proben für weitere Analysen präpariert werden. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstands in Abhängigkeit von der Temperatur.
- Charakterisierung von Clathrat-Einkristallen
- Bestimmung des elektrischen Widerstands in Abhängigkeit von der Temperatur
- Untersuchung der thermoelektrischen Eigenschaften von Clathraten
- Präparation und Analyse von Einkristallen
- Vergleich der Eigenschaften von Ba8Au5,25Ge40,3O0,45 und Ba8Ni3,5Ge42,1O0,4
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung führt in die Thematik der thermoelektrischen Effekte und deren Bedeutung im Kontext steigenden Energieverbrauchs ein. Sie beschreibt die Herausforderungen bei der Nutzung des thermoelektrischen Effekts aufgrund der Kopplung von thermischer und elektrischer Leitfähigkeit und stellt intermetallische Clathratverbindungen als vielversprechende Alternative vor. Die Arbeit fokussiert auf die Untersuchung von Ba8Au5,25Ge40,3O0,45 und Ba8Ni3,5Ge42,1O0,4, um den zugrundeliegenden Mechanismus besser zu verstehen und Clathrate mit verbesserten Eigenschaften zu entwickeln. Die bisherige Literaturlage zu den untersuchten Verbindungen wird kurz zusammengefasst.
2 Material: Dieses Kapitel beschreibt die Struktur der Clathrate und die Eigenschaften der untersuchten Verbindungen Ba8Au5,25Ge40,3O0,45 und Ba8Ni3,5Ge42,1O0,4. Es legt den Fokus auf die relevanten strukturellen Merkmale, die für die thermoelektrischen Eigenschaften verantwortlich sind, und beleuchtet Unterschiede und Gemeinsamkeiten der beiden Verbindungen im Hinblick auf ihre chemische Zusammensetzung und Kristallstruktur.
3 Methoden: In diesem Kapitel werden die angewandten experimentellen Methoden detailliert beschrieben. Dies umfasst die Laue-Methode zur Bestimmung der Kristallorientierung, die Pulverdiffraktometrie zur Charakterisierung der Kristallstruktur, die Rasterelektronenmikroskopie (REM) inklusive energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) zur Analyse der Oberflächenmorphologie und chemischen Zusammensetzung, die Differenzthermoanalyse (DTA) zur Bestimmung von Phasenumwandlungen und das Physical Property Measurement System (PPMS) zur Widerstandsmessung bei verschiedenen Temperaturen. Die detaillierte Beschreibung der Messmethoden und der Auswertung der Daten ist essentiell für das Verständnis der Ergebnisse.
4 Präparation: Dieses Kapitel beschreibt die experimentelle Vorbereitung der Proben Ba8Au5,25Ge40,3O0,45 und Ba8Ni3,5Ge42,1O0,4 für die nachfolgenden Untersuchungen. Es beinhaltet detaillierte Informationen über die Prozessschritte, die zur Herstellung von geeigneten Proben für die verschiedenen Analysemethoden notwendig waren, um die Qualität und Zuverlässigkeit der späteren Messergebnisse zu gewährleisten.
5 Experimente und Ergebnisse: Dieses Kapitel präsentiert die Ergebnisse der durchgeführten Experimente. Die REM- und EDX-Analysen liefern Informationen über die Morphologie und die chemische Zusammensetzung der Proben. Die Ergebnisse der Differenzthermoanalyse geben Aufschluss über mögliche Phasenumwandlungen. Die Pulverdiffraktometrie liefert Daten zur Kristallstruktur, und die Widerstandsmessungen zeigen den spezifischen elektrischen Widerstand der Proben in Abhängigkeit von der Temperatur. Eine detaillierte Diskussion der gewonnenen Daten und deren Interpretation ist essentiell für das Verständnis der Eigenschaften der untersuchten Clathrate.
Schlüsselwörter
Clathrate, thermoelektrischer Effekt, elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Einkristalle, Ba8Au5,25Ge40,3O0,45, Ba8Ni3,5Ge42,1O0,4, REM, EDX, Pulverdiffraktometrie, Widerstandsmessung, Materialcharakterisierung.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Bachelorarbeit: Präparation und Charakterisierung der Clathratverbindungen Ba8Au5,25Ge40,3O0,45 und Ba8Ni3,5Ge42,1O0,4
Was ist das Thema der Bachelorarbeit?
Die Bachelorarbeit befasst sich mit der Präparation und Charakterisierung der Clathratverbindungen Ba8Au5,25Ge40,3O0,45 und Ba8Ni3,5Ge42,1O0,4. Ein Schwerpunkt liegt auf der Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstands in Abhängigkeit von der Temperatur.
Welche Ziele werden in der Arbeit verfolgt?
Die Arbeit zielt darauf ab, die Clathratverbindungen zu präparieren und zu charakterisieren, Einkristalle zu identifizieren und zu orientieren sowie den spezifischen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur zu bestimmen. Es soll untersucht werden, ob es sich um Einkristalle handelt und gegebenenfalls orientierte Proben für weitere Analysen präpariert werden.
Welche Methoden wurden angewendet?
Es wurden folgende Methoden eingesetzt: Laue-Verfahren zur Orientierungsbestimmung, Pulverdiffraktometrie zur Strukturcharakterisierung, Rasterelektronenmikroskopie (REM) mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) zur Oberflächenanalyse und chemischen Zusammensetzung, Differenzthermoanalyse (DTA) zur Bestimmung von Phasenumwandlungen und das Physical Property Measurement System (PPMS) zur Widerstandsmessung.
Welche Materialien wurden untersucht?
Die Arbeit untersucht die Clathratverbindungen Ba8Au5,25Ge40,3O0,45 und Ba8Ni3,5Ge42,1O0,4. Die Kapitel 2 beschreibt deren Struktur und Eigenschaften im Detail.
Wie wurden die Proben präpariert?
Kapitel 4 beschreibt detailliert die experimentelle Vorbereitung der Proben Ba8Au5,25Ge40,3O0,45 und Ba8Ni3,5Ge42,1O0,4 für die verschiedenen Analysenmethoden.
Welche Ergebnisse wurden erzielt?
Kapitel 5 präsentiert die Ergebnisse der REM/EDX-Analysen, der Differenzthermoanalyse, der Pulverdiffraktometrie und der Widerstandsmessungen. Die Daten werden detailliert diskutiert und interpretiert.
Welche Schlussfolgerungen werden gezogen?
Kapitel 6 fasst die Ergebnisse zusammen, zieht Schlussfolgerungen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit?
Clathrate, thermoelektrischer Effekt, elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Einkristalle, Ba8Au5,25Ge40,3O0,45, Ba8Ni3,5Ge42,1O0,4, REM, EDX, Pulverdiffraktometrie, Widerstandsmessung, Materialcharakterisierung.
Wo finde ich den detaillierten Aufbau der Arbeit?
Der detaillierte Aufbau der Arbeit mit Einleitung, Materialbeschreibung, Methodenbeschreibung, Präparation, Ergebnissen, Schlussbetrachtung und Zusammenfassung der einzelnen Kapitel ist im Inhaltsverzeichnis aufgeführt.
- Quote paper
- Lisa Buch (Author), 2013, Charakterisierung von Clathrat-Einkristallen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1023098
