Получение, структура и электрофизические свойства объемных нанокомпозитов на основе теллурида висмута

• Автор: Соклакова, Оксана Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСТВО: МАТЕРИАЛЫ, СВОЙСТВА,

СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ (ОБЗОР)

1.1. Основные свойства термоэлектриков

1.1.1. Термоэлектрические явления и термоэлектрические материалы

1.1.2. Структура и свойства теллурида висмута

1.2. Термоэлектрическая эффективность и способы ее улучшения

1.2.1. Оптимизация свойств традиционных термоэлектрических материалов

1.2.2. Новые термоэлектрические материалы

1.3. Наноструктурированные термоэлектрические материалы

1.3.1. Физические причины повышения термоэлектрической эффективности наноматериалов
1.3.2. Термоэлектрические наноструктуры
1.3.3. Объемные термоэлектрические нанокомпозиты
1.4. Постановка задач исследования
ГЛАВА 2. ПОЛУЧЕНИЕ ОБРАЗЦОВ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Обоснование технологической схемы получения нанокомпозитов
2.2. Сольвотермально-микроволновой синтез наноразмерных порошков
2.3. Компактирование наноразмерных порошков методом горячего квазиизостатического прессования
2.4. Основные методы исследований
ГЛАВА 3. ПОЛУЧЕНИЕ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ОБЪЕМНОГО НАНОКОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ В12Те
3.1. Получение и аттестация наноразмерного порошка В12Те
3.2. Влияние давления и температуры горячего квазиизостатического прессования на микроструктуру объемного нанокомпозита на основе В12Те
3.3 Определение активационного объема диффузии
ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОБЪЕМНОГО НАНОКОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ В12Те
4.1. Зависимость удельного электрического сопротивления от среднего размера зерна
4.2 Определение типа, концентрации и Холловской подвижности носителей заряда
4.3 Температурная зависимость электропроводности
ГЛАВА 5. ПОЛУЧЕНИЕ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ОБЪЕМНОГО НАНОКОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ В12Те3 -БЮ
5.1. Получение и аттестация исходного наноразмерного порошка
5.2. Особенности микроструктуры нанокомпозита
5.3. Идентификация механизма электропроводности нанокомпозита
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Термоэлектрические материалы используются как при создании термогенераторных батарей, обеспечивающих прямое преобразование тепловой энергии в электрическую (эффект Зеебека), так и при создании различных холодильных устройств (эффект Пельтье). Общим недостатком, ограничивающим масштабное применение термоэлектрических материалов, является их сравнительно невысокая эффективность (низкая термоэлектрическая добротность). В настоящее время проблема повышения термоэлектрической добротности материалов решается по нескольким направлениям: оптимизация состава и свойств традиционных
термоэлектрических материалов, поиск принципиально новых высокоэффективных термоэлектриков, разработка различных термоэлектрических наноструктур. Результаты исследований, выполненных в последнее время, позволяют предположить, что именно переход к наноструктурам (квантовые точки, наноусы, сверхрешетки, объемные нанокомпозиты) на основе или уже применяемых термоэлектрических материалов, или новых материалов, является наиболее перспективным способом повышения термоэлектрической добротности. В термоэлектрических наноматериалах повышение добротности может быть обеспечено с помощью различных физических механизмов, таких как уменьшение решеточной теплопроводности за счет рассеяния фононов на границах раздела наноматериала, приводящее к снижению его полной теплопроводности, изменение вида плотности состояний вблизи уровня Ферми в низкоразмерных структурах, повышающее термо-ЭДС и т.д. Среди существующих видов термоэлектрических наноматериалов, объемные нанокомпозиты являются наиболее перспективными с точки зрения возможного коммерческого использования, так как их можно получать в форме и с размерами, практически соответствующим применяемым сегодня в ветвях
термоэлектрической добротности в сверхрешетках была теоретически показана в пионерской работе [55]. Количество работ, как теоретических, так и экспериментальных, посвященных исследованию термоэлектрических наноматериалов, в последнее время неуклонно растет, и, как будет показано ниже, полученные результаты являются весьма оптимистичными, по крайней мере, с точки зрения фундаментальной науки. Практическое освоение результатов фундаментальных исследований, очевидно, потребует решения сложных технологических и инженерных задач.
Повышение термоэлектрической добротности в наноматериалах связано с двумя физическими явлениями [8,10,33]:
• уменьшением решеточной теплопроводности, обусловленной возникновением в наноматериалах многочисленных границ раздела, являющихся эффективными центрами рассеяния для фононов, но оказывающих малое влияние на электронный транспорт;
• увеличением в наноматериалах ширины запрещенной зоны с одновременным увеличением плотности состояний вблизи уровня Ферми; хотя в этом случае электропроводность уменьшается, но термо-ЭДС увеличивается, что при определенных условиях может приводить к возрастанию фактора мощности.
Рассмотрим эти явление более подробно.
Уменьшение решеточной теплопроводности
Для характеризации заселенности фононных состояний введем среднюю длину волны для теплопроводности Д50. Данная величина определяется следующим образом: 50 % тепла переносится фононами с длиной меньше, чем /.$п, и, соответственно, 50 % тепла - фононами с длиной больше, чем Д50. Для описания ширины распределения фононов, также вводят граничные длины волн для переноса тепла в 10 % (Аю) и 90 % (Я90). В наноструктурах преобладает рассеяние на границах раздела, что позволяет пренебречь частотной зависимостью длины свободного пробега фононов.