Minimierung der Wärmeleitfähigkeit in Nanostrukturen und geometrisch selbstähnlichen Strukturen für thermoelektrische Anwendungen

Nanostrukturierte Systeme sind vielversprechende Quantenmaterialien von erheblichem Interesse für thermoelektrische Anwendungen. Das Verständnis und die Modellierung von thermo-physischen Eigenschaften und thermischem Management auf der Nanoskala sind entscheidend für die Entwicklung neuer thermoelektrischer Materialien und den Aufbau von Prototypgeräten. Zu diesem Zweck behandeln wir zunächst den Wärmetransport in Massenmaterialien, in nanopartikel-eingebetteten Massenmaterialien und in einzelnen Nanostrukturen, wie Nanodrähten. Die mittlere freie Weglänge der Phononen ändert sich mit der Materiallängenskala und folglich die Art des Wärmetransports und der Gitterwärmeleitfähigkeit. Diffusiver, fraktional superdiffusiver (quasiballistischer) und quantenbeschränkter Phononwärmetransport wurden für eine Reihe von Systemen von Massen- bis zu nanostrukturierten Materialien berichtet. Wir diskutieren diese Wärmetransportprozesse, die das gesamte Phononenstreuung und die Gitterwärmeleitfähigkeit beeinflussen. Im zweiten Teil werden wir selbstähnliche fraktale Strukturierung in Materialien zur Kontrolle der Wärmeleitfähigkeit diskutieren. Mit dem großen Fortschritt, der kürzlich in den Nanofertigungstechniken erzielt wurde, wurden selbstähnliche (fraktale) Strukturen, die durch Nanokristall-Selbstassemblagen gebildet wurden, realisiert. Das Verständnis des thermischen Managements mit fraktalen Strukturen könnte nützlich sein bei der Gestaltung von Thermoelektrikmaterialien und -geräten der nächsten Generation.