Регистрация / Вход
Прислать материал

Оксиселениды – соединения химического состава BiCuSeO как перспективный термоэлектрический материал

ФИО: Новицкий А. П.

Направление: Материаловедение

Научный руководитель: Ховайло Владимир Васильевич

Институт: Институт новых материалов и нанотехнологий

Кафедра: Кафедра Функциональных наносистем и высокотемпературных материалов

Академическая группа: ФХ-10-3

Коэффициент полезного действия (КПД) современных термоэлектрических генераторов не превышает 10%. При этом наиболее применяемые термоэлектрические материалы на основе халькогенидов сурьмы и висмута, используемые в устройствах утилизации бросового тепла, не эффективны при температурах выше 200°С. Стоит отметить, что повысить эффективность термоэлектрических устройств путем изменения конструкции крайне трудно, поэтому в настоящее время повышение КПД таких систем наиболее целесообразно за счёт использования новых, более эффективных термоэлектрических материалов. Термоэлектрическая эффективность прямо пропорциональна электропроводности и квадрату коэффициента термоЭДС, и обратно пропорциональна теплопроводности материала. Одним из способов увеличения термоэлектрической эффективности является наноструктурирование. Дополнительное рассеяние фононов на границах зерен негативно сказывается на теплопроводности, при этом электропроводность изменяется незначительно за счет эффекта тунеллирования носителей заряда.

Оксиселениды химического состава BiCuSeO обладают природно высокой электропроводностью и низкой теплопроводностью. Они эффективны при высоких температурах, что может значительно расширить сферу применения термоэлектрических материалов. Помимо этого, есть ещё одно неоспоримое преимущество, это их термостабильность в атмосфере вплоть до 700°С, за счет наличия в структуре оксидных слоев.

В МГУ на кафедре Физики низких температур и сверхпроводимости методом двухступенчатого твердофазного синтеза была получена серия образцов оксиселенидов химического состава BiCuSeO, BiCu1-xCoxSeO и Bi1-xNaxCuSeO1-xFx в виде порошков. В НИТУ «МИСиС» проводилось спекание этих образцов методом искрового плазменного спекания и исследование термоэлектрических свойств. Полученные значения термоэлектрической эффективности ZT = 0,6 соответствуют лучшим мировым показателям.

В результате выполнения работы ожидается оптимизация состава и технологии получения оксиселенидов, установление зависимости термоэлектрической эффективности от содержания легирующих элементов в интервале температур от 300 до 900 К.