Разработка технологии изготовления термоэлектрических материалов из субмикронных и нанопорошков сплавов теллурида висмута для создания высокоэффективных твердотельных преобразователей энергии

• Автор: Романько, Василий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
Глава 1. Анализ современного состояния в области разработки новых наноструктурированных полупроводниковых материалов и создания технологического оборудования для получения микро и нанопорошков различных материалов

1.1. Основные характеристики термоэлектрических преобразователей энергии

1.2. Современное состояние в области создания высокоэффективных термоэлектрических материалов.

1.2.1. Низкоразмерные термоэлектрические материалы

1.2.2. Квантовые ямы и сверхрешетки гетероэпитаксиальные структуры

1.2.3. Квантовые проволочки.

1.2.4. Квантовые точки

1.2.5. Микро и нанопорошки термоэлектрических материалов.

1.3. Современное состояние в области оборудования и технологии получения микро и нанопорошков.
1.3.1. Механические методы получения нанопорошков.
1.3.2. Физикохимические методы получения нанопорошков
1.3.3. Сравнительные характеристики методов получения нанопорошков
1.4. Современное состояние в области производства ТЭ материалов, модулей и конечных изделий
1.5. Цель и задачи работы.
Глава 2. Теоретические оденки и расчеты основных характеристик
структур состоящих из нанопорошков
2.1. Варианты структур, изготовленных из нанопорошков.
2.2. Расчет характеристик структуры, изготовленной из нанопорошков с квантовыми точечными контактами.
Выводы
Глава 3. Разработка высокопроизводительного оборудования получения микро и нанопорошков различных материалов методом механического измельчения.
3.1. Принцип измельчения материалов с получением нанопорошков в модифицированной конусной мельнице
3.2. Разработка экспериментальной установки получения нанопорошков различных материалов методом механического измельчения.
3.3. Характеристики разработанной экспериментальной установки получения нанопорошков различных материалов методом механического измельчения.
3.4. Технологические процессы получения микро и нанопорошков различных материалов
3.5. Экспериментальные характеристики порошков различных материалов
3.6. Перспективы создания высокоэффективного оборудования получения нанопорошков различных материалов методом механического измельчения.
Выводы
Глава 4. Разработка технологических процессов изготовления ТЭ
материалов из нанопорошков сплавов теллурида висмута и
исследование их характеристик.
4.1. Методы исследования характеристик микро и нанопорошков и
ТЭ материалов.
4.2. Характеристики исходных образцов сплавов теллурида висмута
4.3. Технологический процесс изготовления микро и нанопорошков сплавов теллурида висмута, характеристики нанопорошков
4.4. Технологические процессы изготовления объемных ТЭ материалов из нанопорошков сплавов теллурида
висмута.
4.5. Исследование характеристик объемных ТЭ материалов, изготовленных из нанопорошков сплавов теллурида висмута
Выводы
Глава 5. Исследование характеристик ТЭ элементов и сравнение
стандартной и новой технологии
5.1. Изготовление ТЭ элементов
5.2. Описание установки для прямого измерения характеристик ТЭ элементов.
5.3. Формулы для обработки результатов измерений
5.4. Исследование характеристик ТЭ элементов
5.5. Сравнение новой и стандартной технологий
5.6. Перспективы создания высокоэффективных ТЭ материалов из
нанопорошков
Выводы
Заключение
Список литературы


Разработана модель и проведены квантовомеханические расчеты основных электрофизических характеристик структур ТЭ материалов, состоящих из наноразмерных полупроводниковых частиц, связанных между собой квантовыми точечными контактами, которые показали возможность изготовления высокоэффективных ТЭ материалов из нанопорошков полупроводниковых соединений. Зссбека. Показано, что оптимальный размер частиц порошков в таких структурах должен находиться в диапазоне нм. Разработан новый принцип получения порошков с размерами частиц в диапазоне от нм до 0 мкм путем механического измельчения различных материалов в модифицированных конусных мельницах. На базе проведенных исследований разработаны экспериментальные установки для получения нанопорошков различных материалов методом механического измельчения. Показаны перспективы создания высокопроизводительного оборудования для производства наиопорошков различных материалов включая сплавы теллуридов висмута. На основе исследований состава, геометрических и структурных характеристик получаемых порошков разработаны технологические процессы получения микро и нанопорошков методом механического измельчения. На основе исследований основных электрофизических и структурных характеристик разработаны технологические процессы изготовления объемных ТЭ материалов из нанопорошков сплавов теллурида висмута пи ртипа проводимости методом горячей экструзии. Проведены экспериментальные исследования ТЭ материалов, которые показали, что в условиях выбранного технологического маршрута ТЭ добротность материалов из нанопорошков сплавов теллурида висмута зависит от среднего диаметра частиц, оптимальные размеры частиц находятся в диапазоне нм, при которых ТЭ добротность достигает максимума и в 1,, раза превышает ТЭ добротность исходных материалов. Изготовлены и исследованы характеристики ТЭ элементов с улучшенными характеристиками, являющихся базовыми элементами ТЭ преобразователей энергии. Модель и результаты квантовомеханических расчетов основных характеристик ТЭ материала, состоящего из полупроводниковых частиц, связанных между собой квантовыми точечными контактами. Принцип механического измельчения различных материалов для получения порошков с размерами частиц от нм до 0 мкм. Конструктивные решения и характеристики высокопроизводительных установок для получения микро и нанопорошков методом механического измельчения на базе конусных мельниц. Технологические процессы изготовления панопорошков различных материалов, включая сплавы теллурида висмута, методом механического измельчения. Результаты исследования характеристик полученных нанонорошков сплавов теллурида висмута. Технологические процессы изготовления ТЭ материалов из субмикронных и панопорошков сплавов теллурида висмута и ТЭ элементов на их основе. Результаты исследования характеристик ТЭ материалов и ТЭ элементов. Разработана установка механического измельчения, позволяющая получать порошки различных материалов металлов, полупроводников, диэлектриков и химических соединений с регулируемым размером частиц в диапазоне 0, 0 мкм путем прецизионного регулирования ширины выходного кольцевого отверстия. Установка позволяет одновременно проводить измельчение нескольких различных материалов. Установка также обеспечивает возможность применения дополнительных воздействий различной природы, включая ультразвук, импульсные перепады давления, ударные волны, электрические и магнитные поля, лазерное излучение для стимулированного осаждения пленок на поверхность частиц и увеличения скорости измельчения частиц и производительности установки. Разработаны технологические процессы получения микро и нанопорошков различных материалов, включая сплавы теллурида висмута. Разработаны технологические процессы получения ТЭ материалов из субмикронных порошков сплавов теллурида висмута методом горячей экструзии с увеличенными значениями ТЭ добротности, которые на превышают ТЭ добротность исходных материалов. Разработанная технология получения ТЭ материалов, обеспечивающая снижение себестоимости ТЭ материалов из субмикронных порошков на 5 по сравнению с себестоимостью стандартных материалов благодаря сокращению количества и уменьшению длительности операций прессования, отжига и экструзии, в настоящее время применяется в производстве ТЭ преобразователей энергии в ООО АДВИнжениринг.