Sintesi e Caratterizzazione di Ossidi Drogati come Film e Materiali Bulk per Applicazioni nel Campo della Termoelettricità

Abstract

L’obiettivo di questa tesi magistrale consiste nello studio dei fenomeni alla base della termoelettricità e lo sviluppo di materiali con caratteristiche termoelettriche che possano essere utilizzati per la realizzazione di dispositivi di recupero dell’energia. Questi dispositivi, accoppiati a sorgenti tradizionali di energia che sviluppano calore o semplicemente ad un gradiente di temperatura, si prospettano come metodi di produzione di energia pulita laddove questa sarebbe solo dispersa nell’ambiente come calore. In particolare, questa tesi prende in esame la sintesi e la caratterizzazione di due materiali termoelettrici, l’ossido di zinco drogato con alluminio e nanoparticelle di carbonio, e la ferrite di manganese e molibdeno, entrambi termoelettrici di tipo n. La sintesi di questi composti come materiali bulk prevede il metodo della co-precipitazione con successiva densificazione, mentre come film sottili si sfruttano la deposizione assistita da laser (pulsed laser deposition, PLD) e lo spin coating. Le successive analisi, quali diffrazione a raggi X, osservazioni al microscopio elettronico a scansione e a trasmissione, e misure dei fenomeni di trasporto, mirano a determinare le caratteristiche strutturali, morfologiche e funzionali dei campioni prodotti.

La sintesi e le caratterizzazioni sono state svolte nel gruppo di ricerca del Professor Paolo Mele presso il Campus di Omiya (大宮キャンペーン) e il Campus di Toyosu (豊洲キャンペーン) dello Shibaura Institute of Technology (芝浦工業大学), Giappone. Il trattamento dei dati è stato effettuato al Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell’Università degli Studi di Genova.

The aim of this master thesis consists in the study of the phenomena at the origin of thermoelectricity and the development of thermoelectric materials that can be employed in the realization of energy harvesting devices. Such devices, coupled with conventional energy sources or simply with temperature gradients, are promising green energy production methods that work where now energy is just dispersed in the environment as waste heat. In particular, this master thesis considers the synthesis and the characterization of two thermoelectric materials, the aluminium-doped zinc oxide added with carbon nanoparticles and the manganese and molybdenum ferrite, both n-type thermoelectrics. The synthesis of the bulk materials employs the co-precipitation method followed by densification, while the production of thin films is achieved by PLD (pulsed laser deposition) and by spin coating (SC). The subsequent analyses, which are X-ray diffraction, observation with scanning electron microscope and transmission electron microscope, and transport properties measurements, are required to determine the structural, morphological, and functional features of the samples.

The synthetic work and the characterizations were performed in the research group of Professor Paolo Mele at the Omiya Campus (大宮キャンペーン) and Toyosu Campus (豊洲キャンペーン) of Shibaura Institute of Technology (芝浦工業大学), Japan. The data treatment, instead, has been completed at the Chemistry and Industrial Chemistry Department of the University of Genoa, Italy.