Исследование термоэлектрических свойств скуттерудитов состава RxCo4Sb12 (R = Ce, Nd)

Термоэлектрический эффект Зеебека заключается в прямом преобразовании тепловой энергии в электрическую. Устройства, реализующие этот эффект могут использоваться как для автономной генерации электроэнергии, так и для утилизации бросового тепла. Это открывает широкие возможности по повышению эффективности тепловых машин.

В данной работе объектами исследования являются скуттерудиты – соединения химического состава CoSb₃. Целью исследования является оптимизация процесса получения объемных скуттерудитов методом индукционной плавки химического состава R_xCo₄Sb₁₂ (R = Ce, Nd), где x = 0; 0,1; 0,5 атомных долей, % и получения высоких термоэлектрических свойств, а так же исследования влияния легирования на эти свойства.

Скуттерудиты относятся к пространственной группе Im3. Две октапоры в кристаллической решетке не заняты, это дает возможность варьировать электронные и тепловые свойства этих соединений. Заполнение пустот редкоземельными элементами приводит к образованию наполненных скуттерудитов, этот процесс приводит к уменьшению теплопроводности за счет так называемого эффекта «ратлинга» – колебания легирующего атома в пустотах кристаллической решетки.

Была получена серия образцов скуттерудитов химического состава R_xCo₄Sb₁₂ (R = Ce, Nd), где x = 0; 0,1; 0,5 атомных долей, %, определены температурные зависимости теплопроводности, электропроводности и коэффициента термоЭДС. Установлено, что внедрение в решетку редкоземельных элементов, таких как Ce и Nd положительно влияет на значение теплопроводности и электропроводности.

Традиционный метод синтеза скуттерудитов заключается в 12 часовом твердофазном синтезе с последующим недельным отжигом. Рентгенофазовое исследование показало, что выбранный метод индукционной плавки позволяет достичь требуемый фазовый состав за 10 часов синтеза с учетом отжига, что значительно быстрее, чем это указывается в литературе. Полученные результаты представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Дифрактограмма образцов R_xCo₄Sb₁₂ (�� = Ce, Nd) после индукционной плавки и последующего отжига 

Научный руководитель – д.ф.-м.н. Ховайло В.В., инженер Воронин А.И.