ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ НАНОСТРУКТУРНЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, ПОЛУЧАЕМЫЕ БЫСТРОЙ ЗАКАЛКОЙ РАСПЛАВА В ЖИДКОСТЬ И СПИННИНГОВАНИЕМ РАСПЛАВА

Исследованы процессы получения наноструктурированных материалов на основе твердых растворов халькогенидов висмута и сурьмы р- и n-типов проводимости методами быстрой закалки расплава - спиннингованием расплава и кристаллизацией расплава в жидкости. Разработаны условия синтеза и измельчения гранул и режимы получения образцов горячим прессованием и экструзией. Исследованы макро- и микроструктуры порошков и образцов, механические и термоэлектрические свойства образцов в зависимости от состава и метода их приготовления. Разработана программа расчета энергетических характеристик термоэлектрических модулей. Максимальные пределы прочности sB = 145 и 250 MПa получены при деформировании сжатием при 300 К материалов р- и n-типов проводимости соответственно. Эти материалы получены экструзией гранул, приготовленных кристаллизацией расплава в воду и измельченных в планетарной мельнице. Максимальная термоэлектрическая добротность (ZТ)max ~ 1,2 при 350 К получена для горячепрессованных материалов р-типа проводимости из порошка, приготовленного спиннингованием расплава, и горячепрессованных и экструдированных материалов из гранул, полученных кристаллизацией расплава в воду при 300 К и измельченных в планетарной мельнице. Максимальная термоэлектрическая добротность легированных материалов n-типа проводимости (ZТ)max ~ 1 получена при температурах 370 - 400 К. Установлено, что характеры изменения температурных зависимостей электропроводности и коэффициента Зеебека в материалах р-типа проводимости близки к теоретическим. В материалах n-типа проводимости электропроводность и коэффициент Зеебека с увеличением температуры изменяются менее резко, чем предсказывает теория. Изготовлены опытные образцы микроохладителей из наиболее эффективных разработанных материалов, и измерены их энергетические характеристики при комнатной температуре. Установлено, что термоэлектрические модули с ветвями из экструдированных материалов имеют эффективную термоэлектрическую добротность, на 10 - 20% превышающую добротность лучших микромодулей, используемых в настоящее время.