Влияние примесей редкоземельных элементов и распределения компонентов на кинетические свойства и термоэлектрическую эффективность сплавов висмут-сурьма

• Автор: Марков, Олег Иванович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 361 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА Е ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ ВИСМУТ-СУРЬМА

1.1. Кристаллическая структура монокристаллов типа висмута

1.2. Энергетический спектр электронов в кристаллах типа висмута

1.3. Теория явлений переноса в висмуте и его сплавах

1.4. Явления переноса в сплавах висмут-сурьма

1.5. Физические принципы оптимизации свойств термоэлектрических материалов

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОНОКРИСТАЛЛОВ ВИСМУТ-СУРЬМА

2.1. Методика получения монокристаллических сплавов висмут-сурьма

2.2. Методы контроля состава и качества монокристаллических сплавов висмут-сурьма
2.3. Методика исследования монокристаллов висмут-сурьма с помощью АСМ
2.4. Техника измерений гальвано - термомагнитных эффектов термоэлектрических материалов
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МОНОКРИСТАЛЛОВ ВИСМУТА И СПЛАВОВ ВИСМУТ-СУРЬМА
3.1. Металлографические исследования монокристаллов сплавов висмут-сурьма
3.2. Исследование сплавов висмут-сурьма методами СЭМ 1
3.3. Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия сплавов В1-БЬ
3.4. Исследование монокристаллов Ш-8Ь методами АСМ
ГЛАВА 4. КИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ ВИСМУТ -СУРЬМА
4.1. Эффект Шубникова-де Гааза в сплавах ЕИ-БЬ-Сс/
4.2. Удельное сопротивление тройных сплавов йг-57>-СУ и четверных сплавов В1-8Ь-Те-(Зс1 и В88Ь-8п-С8 13
4.3. Эффект Холла тройных сплавов В/'-Уб-СД и четверных сплавов В1-8Ь-Те-СВ и ВВБЬ-Зп-Сс!
4.4. Дифференциальная термоэдс тройных сплавов и четверных
сплавов ВЗБЬ-Те-СВ , В1-8Ь-8п-(Зс1
4.5. Теплопроводность тройных сплавов ВВБЬ-Сд и четверных сплавов ВВБЬ-Те-СВ
4.6. Удельное сопротивление тройных сплавов В1-БЬ-Сс1 и четверных сплавов В1-8Ъ-Те-Сс1 и В1-8Ь-8п-Сс1 в магнитном поле
4.7. Продольный эффект Нернста - Эттингсгаузена тройных сплавов ВВБЬ-Сс/ и четверных сплавов ВВБЬ-Те-СВ и Вг-8Ъ-8п-Сс1
ГЛАВА 5. РАСЧЕТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
5.1 Расчеты характеристик носителей заряда тройных сплавов
и четверных сплавов ВВ8Ь-Те-Ос1
5.2. Общие оценки возможностей повышения термоэлектрической эффективности
5.3. Термоэлектрическая эффективность тройных сплавов и
четверных сплавов Вг-8Ь-Те-С(1
5.4. Термоэлектрическая эффективность тройных сплавов ВВ8Ь-Сс1 и четверных сплавов В '1-8Ь-Те-С(1 в магнитном поле
5.5. Термоэлектрическая эффективность вдоль слоев гетероструктуры на
базе висмута
ГЛАВА 6. ОПТИМИЗАЦИЯ СВОЙСТВ ТЕРМОЭЛЕКТРИКОВ В ЦЕЛЯХ ИХ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ
6.1. Постановка задачи об оптимизации термоэлектрических свойств полупроводников
6.2. Оптимизация термоэлектрических свойств сплавов В1-8Ь-СВ, В88Ь-Сс1-Т. ВВ8Ь-Сс1-8п в условиях максимального перепада температуры

6.3. Моделирование физических процессов в комбинированной «ячейке Пельтье»
6.4. Оптимизация концентрации носителей тока невырожденного термоэлектрика
6.5. Оптимизация концентрации носителей тока вырожденного термоэлектрика
6.6. Влияние линейного распределения концентрации невырожденных носителей заряда на теплофизические процессы в термоэлектрике
6.7. Влияние вида распределения концентрации вырожденных носителей заряда на теплофизические процессы в термоэлектрике
6.8. Термоэлектрическая эффективность градиентно - неоднородных и «градиентно - варизонных» сплавов висмут-сурьма
6.9. Моделирование процессов термоэлектрического преобразования тепловой энергии в электрическую с учетом температурной зависимости кинетических коэффициентов
6.10. Оптимизация концентрации носителей тока генерирующего термоэлектрика для невырожденных носителей заряда ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Постановка задачи по моделированию термоэлементов ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Низкотемпературный термоэлемент с использованием в качестве пассивной ветви ВТСП
ПРИЛОЖЕНИЕ 3.Численное моделирование низкотемпературного термоэлемента с пассивной железной ветвью
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Низкотемпературный совмещенный термоэлемент типа «генератор - холодильник»

342 349

Все остальные точки симметрии шестикратные.
Джонсом [6] разработан метод построение больших зон (зон Джонса), содержащих состояния всех валентных электронов. Для кристаллов типа висмута большая зона (Рис. 1.2.2) ограничена:
1/ шестью вертикальными плоскостями, параллельными тригональной оси (011), (101), (110), (011), (101), (110),
2/ шестью плоскостями, наклоненными к тригональной оси (221), (212), (122), (2 21), (2 12), (12 2).
В теоретических работах [9-14] с использованием различных методик расчета авторы пришли к выводам, что энергетические экстремумы носителей локализованы в точках I иГ приведенной зоны Бриллюэна. Есть так же указания на необходимость учета зон с экстремумами в точках I [10] и Я [15]. После анализа электрических и магнитных свойств висмута Джонс [7,8] предположил наличие изоэнергетических поверхностей электронов в виде шести полуэллипсоидов с центрами на границе зоны Бриллюэна или в схеме повторяющихся зон три электронных эллипсоида и двух замкнутых дырочных поверхностей, вытянутых вдоль тригональной оси и симметричных относительно этой оси. Как показал Джонс, такая модель может быть использована в качестве первого приближения. Уточнение зонной структуры проводилось резонансными и осцилляционными методами. Исследования эффекта де Гааза - ван Альфена подтвердили справедливость трехэллипсоидальной модели поверхности Ферми для электронов [16].
Модель Джона - Шенберга представляет собой три сильно вытянутых трехосных эллипсоида, центрированных в точке Ь и расположенных таким образом, что их наиболее короткие оси совпадают по направлению с бинарными осями. Наиболее длинные оси эллипсоидов отклонены от плоскости, перпендикулярной тригональной оси на угол 6°23' (Рис. 1.2.3). При повороте вокруг тригональной оси на угол ±120° эллипсоиды совпадают друг с другом (Рис. 1.2.4).
Один из эллипсоидов в точке Ь можно описать следующим выражением