Efeitos termoelétricos em ligas e nanoestruturas de semicondutores IV-VI - Vânia Aparecida da Costa (2015)
Este trabalho apresenta um estudo teórico das propriedades termoelétricas de ligase nanoestruturas de semicondures IV-VI. Estes materiais têm sido muito estudados por possuírem altos valores de figura de mérito e por suas nanoestruturas (superredes, fios e poços quânticos) apresentarem possibilidades na melhora da resposta termoelétrica. Dentre os modelos teóricos desenvolvidos até o momento, pode-se observar que ainda não foi possível modelar quantitativamente os coeficientes mensurados e nem determinar o principal mecanismo responsável pela resposta termoelétrica. Para contribuir nessa área, foram estudados os coeficientes de transporte de ligas \emph{Pb$_{1-x}$Sn$_{x}$Te}, fios quânticos e super-redes de PbTe. Partindo do modelo k . p, conhecido como modelo de Dimmock, foi calculada a estrutura de bandas incluindo efeitos de não parabolicidade, anisotropia e múltiplos vales. Os coeficientes de transporte do bulk e super-rede foram calculados dentro do formalismo semiclássico que utiliza a solução da equação de Boltzmann na aproximação do tempo de relaxação. No caso do fio quântico, foi utilizado o formalismo de Landauer, onde os coeficientes de transporte são dados em termos da probabilidade de transmissão de elétrons em movimento balístico entre contatos representados por reservatórios em equilíbrio. Com base na análise das variações de temperatura, concentração de portadores, percentual de estanho do bulk, geometria e parâmetros das nanoestrururas, foram discutidos os mecanismos para o aumento da eficiência termoelétrica destes materiais. Os resultados indicam que o modelo utilizado para o bulk possui um bom acordo com a experiência e que o aumento de estanho em ligas \emph{Pb$_{1-x}$Sn$_{x}$Te} melhoraos valores de figura de mérito. Um fator de ganho foi introduzido para avaliar a resposta termoelétrica devido à alteração na dimensionalidade e empacotamento de nanoestruturas no interior de um bulk 3D finito. Alterações na eficiência termoelétrica de super-redes IV-VI podem ser obtidas explorando a sua anisotropia o que implica em novas possilibidades de aplicação em dispositivos termoelétricos.