Получение термоэлектрических материалов на основе скуттерудитов химического состава Fe3CoSb12

Явление в материалах, которое заключается в возникновении тока в электрической цепи,состоящей из разнородных проводников, спаи которых находятся при разных температурах, носит название эффект Зеебека. Такие материалы применяются для производства электроэнергии в дальнем космосе, а также для утилизации бросового тепла из различных источников - электростанций, автомобилей.

В последнее время значительно вырос интерес к термоэлектрическим материалам, реализующим концепцию «фононного стекла – электронного кристалла», главной характеристикой которых является то, что они могут проводить электрический ток как кристалл, но ведут себя как аморфный материал по отношению к теплопроводности. Такими «фононными стеклами» являются скуттерудиты – бинарные соединения состава MX₃, где M представляет собой переходной металл, такой как Co, Fe или Ir, а X – элемент пятой группы главной подгруппы, такой как P, As, и Sb.

Элементарная ячейка скуттерудита относится к пространственной группе Im3, две октапоры в которой не заняты. Октапоры могут быть заполнены тяжелыми элементами, которые ведут себя как независимые осцилляторы, взаимодействие которых с фононными модами кристаллической решетки приводит к существенному уменьшению фононного вклада в общую теплопроводность скуттерудитов.

Традиционный метод получения фазы скуттерудита заключается в твердофазном синтезе в течение 7 дней с последующим четырехдневным отжигом [1]. Для сокращения времени получения образцов термоэлектрических материалов на основе скуттерудитов  нами был предложен метод – самораспространяющийся высокотемпературный синтез, время процесса получения занимает не более 10 минут. Дифрактограмма показывает, что пики интенсивности соответствуют штрих-диаграмме фазе скуттерудита, так же присутствуют примесные фазы Sb и CoSb. Дифрактограмма представлена на рисунке 1. Для гомогенизации химического состава будет оптимизированы параметры термообработки в последующих исследованиях.

Рисунок 1 – Дифрактограмма образца Fe₃CoSb₁₂

¹ G. Rogl, A. Grytsiv, P. Rogl, N. Peranio, E. Bauer, M. Zehetbauer, O. Eibl. Acta Mater. 63, 30 (2014)