Исследование физических свойств и разработка методов создания термоэлектрических преобразователей на основе градиентной эмиссии.
Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.516.12.0013
Организация
ГНЦ ФГУП "Центр Келдыша"
Руководитель работ
Коротеев Анатолий Сазонович
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Внебюджетные средства
0 млн
Получение новых научных результатов, актуальных для инновационного развития российских технологий по приоритетному направлению науки и техники «Энергетика и энергосбережение».
Развитие ведущей научной школы Российской Федерации.
Участники проекта
Зам. руководителя работ
Ризаханов Ражудин Насрединович
Этапы проекта
1
05.08.2008 - 20.11.2008
В ходе выполнения работы разработана физико-математическая модель градиентного эмиттера (ГрЭм), учитывающая градиенты температуры, потенциала, геометрического фактора. В результате расчетов установлено:
- геометрический фактор (усиление электрического поля вследствие различий кривизны поверхности электродов) не играет заметной роли в исследуемом диапазоне межэлектродных расстояний (5-10 A);
- существенное влияние оказывает на эмиссию толщина межэлектродного барьера; в частности, увеличение указанной толщины с 5 A до 10 A при комнатной температуре электродов из золота и разности потенциалов в 1 В снижает результирующий ток эмиссии с 4,3•107 А/см2 до 14 А/см2 (т.е. почти на 7 порядков). Вместе с тем энергетическая высота барьера оказывает существенно меньшее влияние;
- температурная разность между электродами может генерировать направленный поток заряженных частиц. Так, при температурах электродов 300 К и 340 К и толщине зазора 5 A результирующий эмиссионный ток составляет более 1,5 кА/см2. В то же время увеличение толщины барьера до 10 A при сохранении остальных условий снижает ток до 3•10-4 А/см2.
Последние данные позволяют рассчитывать на практическую реализуемость данного эффекта.
Современная техника использует такие устройства как солнечные элементы (фотопреобразователи), термопреобразователи (на эффектах Пельтье, Томсона, Зеебека) и т.д. В их среде исследуемые градиентные эмиттеры могут занять свою нишу, например, в качестве источников тока. В случае разработки материалов с низкой теплопроводностью эффективность ГрЭм может оказаться сопоставимой с КПД фотопреобразователей. Таким образом, для создания эффективных градиентных эмиттеров необходимо развитие нанотехнологических разработок по двум направлениям:
- создание материалов с низкой теплопроводностью, например за счет наноструктур с сильным фононным рассеянием;
- создание профилированных катодов, например с высокой острийностью.
Эти направления представляют самостоятельный научно-практический интерес и не рассматриваются в данной работе.
- геометрический фактор (усиление электрического поля вследствие различий кривизны поверхности электродов) не играет заметной роли в исследуемом диапазоне межэлектродных расстояний (5-10 A);
- существенное влияние оказывает на эмиссию толщина межэлектродного барьера; в частности, увеличение указанной толщины с 5 A до 10 A при комнатной температуре электродов из золота и разности потенциалов в 1 В снижает результирующий ток эмиссии с 4,3•107 А/см2 до 14 А/см2 (т.е. почти на 7 порядков). Вместе с тем энергетическая высота барьера оказывает существенно меньшее влияние;
- температурная разность между электродами может генерировать направленный поток заряженных частиц. Так, при температурах электродов 300 К и 340 К и толщине зазора 5 A результирующий эмиссионный ток составляет более 1,5 кА/см2. В то же время увеличение толщины барьера до 10 A при сохранении остальных условий снижает ток до 3•10-4 А/см2.
Последние данные позволяют рассчитывать на практическую реализуемость данного эффекта.
Современная техника использует такие устройства как солнечные элементы (фотопреобразователи), термопреобразователи (на эффектах Пельтье, Томсона, Зеебека) и т.д. В их среде исследуемые градиентные эмиттеры могут занять свою нишу, например, в качестве источников тока. В случае разработки материалов с низкой теплопроводностью эффективность ГрЭм может оказаться сопоставимой с КПД фотопреобразователей. Таким образом, для создания эффективных градиентных эмиттеров необходимо развитие нанотехнологических разработок по двум направлениям:
- создание материалов с низкой теплопроводностью, например за счет наноструктур с сильным фононным рассеянием;
- создание профилированных катодов, например с высокой острийностью.
Эти направления представляют самостоятельный научно-практический интерес и не рассматриваются в данной работе.
Программа
Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"
Программное мероприятие
1.6 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области энергоэффективности, энергоснабжения и ядерной энергетики
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Организация
НИЦ "Курчатовский институт"
профинансировано
профинансировано
профинансировано
профинансировано
профинансировано