Investigação do transporte de fônons em materiais termoelétricos complexos através do espalhamento difuso de raios X

• Processo: 24/08497-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 02 de setembro de 2024
• Data de Término da vigência: 01 de setembro de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Sérgio Luiz Morelhão
• Beneficiário: Rafaela Felix da Silva Penacchio
• Supervisor: Raquel de Almeida Ribeiro
• Instituição Sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Ames National Laboratory, Estados Unidos
• Vinculado à bolsa: 21/01004-6 - Difração dinâmica de raios X com fontes avançadas de radiação síncrotron: metodologias para aplicações em sistemas biológicos e materiais tecnológicos, BP.DD
• Assunto(s): Desenvolvimento de novos materiais Raios X Materiais termoelétricos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Espalhamento difuso | novos materiais | Raios X | termoeletricos | Materiais termoelétricos

Resumo

Este projeto tem como objetivo investigar as propriedades físicas de materiais complexos, com foco principalmente naquelas relacionadas à performance termoelétrica, tais como resistividade elétrica, calor específico, coeficiente Seebeck, condutividade térmica e relação de dispersão de fônons. Os fônons, em particular, serão investigados através do espalhamento difuso térmico de raios X síncrotron em geometria de reflexão. Embora essa técnica tenha sido demonstrada com sucesso em materiais com células unitárias simples, como substratos de MgO, sua aplicação a materiais complexos apresenta inúmeros desafios. Neste projeto, vamos investigar inicialmente as skutteruditas Ce1´La´Fe4X12 (X = P e Sb), uma classe de materiais promissora para aplicações termoelétricas, que apresentam alta estabilidade química em altas temperaturas e relativo baixo custo. Recentemente, cálculos de primeiros princípios indicaram que as propriedades vibracionais das skutteruditas de gaiola leve (X=P) são altamente dependentes do átomo pesado R, elucidando também porque o composto RFe4P12 é mais promissor para aplicações termoelétricas. Entretanto, considerando as aproximações envolvidas nesses cálculos, a verificação experimental de tais predições, como proposto neste projeto, é necessária. Este projeto será realizado no Laboratório Nacional Ames, em colaboração com a Universidade Estadual de Iowa, um laboratório dedicado à pesquisa interdisciplinar, onde os materiais complexos serão sintetizados e caracterizados. As medidas de espalhamento difuso, por sua vez, serão conduzidas com fontes de radiação síncrotron, como o APS (Advanced Photon Source) e SIRIUS (linhas de luz 33-BM e EMA, respectivamente).