Enhancing Thermoelectric Properties of Strontium Titanate Through In situ Growth of Carbon Nanotubes

热电效应 材料科学 钛酸锶 碳纳米管 热导率 化学工程 声子散射 热电材料 纳米技术 化学气相沉积 塞贝克系数 复合材料 薄膜 物理 工程类 热力学
作者
Shengjie Fan,Yuxiang Jin,Xin Ai,Shijia Gu,Erhong Song,Qihao Zhang,Lianjun Wang,Wan Jiang
出处
期刊:Small [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/smll.202411022
摘要

Abstract Integrating low‐dimensional materials, such as carbon nanotubes (CNTs), into thermoelectric matrices offers a promising route to enhance performance, yet achieving uniform dispersion and optimal interfacial properties remains a key challenge. In this study, a novel approach is demonstrated to boost the thermoelectric properties of strontium titanate (SrTiO 3 ) through the in situ growth of CNTs via chemical vapor deposition (CVD). By meticulously tuning catalyst composition, growth temperature, and catalyst concentration, the morphology and distribution of CNTs are optimized, ensuring homogeneous integration within SrTiO 3 matrix. Theoretical calculations show that Ni/SrTiO 3 compounds have an energy barrier of 0.41 eV for CH 4 dissociation into carbon atoms, much lower than that of Fe (100), Co (100), and Ni (100), thus facilitating CNT growth. Experimental results show that the 0.1‐Ni sample improves electrical conductivity by ≈69% at room temperature, outperforming samples prepared by conventional mechanical mixing. Furthermore, the incorporation of in situ grown CNTs substantially reduces thermal conductivity by intensifying interfacial phonon scattering, achieving a thermoelectric figure of merit ( zT ) of 0.3 at 1000 K. These synergistic effects between enhanced electrical conductivity and reduced thermal conductivity establish a robust pathway for embedding low‐dimensional carbon nanostructures into oxide thermoelectric materials, paving the way for next‐generation high‐performance thermoelectric composites.
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