Разработка термоэлектрических преобразователей энергии нового поколения на основе наноструктурированных материалов

Создание наноструктур является одним из наиболее перспективных методов получения материалов для термоэлектрических преобразователей энергии с повышенной эффективностью. В проекте предполагается разработка и исследование наноматериалов на основе MnSi и GeSi, считающихся перспективными для создания термоэлектриков на диапазон температур 200-600º С, применение новых подходов к получению термоэлектрических наноматериалов, разработка новых методов исследования термоэлектрических свойств наноматериалов, а также разработка новых теоретических подходов к созданию наноструктурированных материалов с улучшенными термоэлектрическими свойствами. В проекте будет изучена новая система наноструктурированного термоэлектрического материала на основе MnSi (существуют работы по исследованию объёмного MnSi, который может быть рассмотрен в качестве модельной, хорошо известной системы, также по исследованию наноструктур на основе GeSi, которые могут быть использованы для отработки технологии и экспериментальных методик; сведения о наноструктурах на основе MnSi в литературе отсутствуют). В ходе реализации проекта будут разработаны физико-химические и научные основы двух новых технологий формирования наноструктур на основе MnSi и GeSi: 1) метода высокоскоростного электроимпульсного плазменного спекания нанопорошков, позволяющего получать объемные наноструктурированные термоэлектрики и эффективно управлять размером зерна в спекаемом материале и структурным состоянием их границ зерен; 2) метода импульсного лазерного осаждения, позволяющего получать термоэлектрические материалы на основе сверхрешеток MnSi/Si и GeSi/Ge(GeSi/Si).Уникальность технологических подходов заключается в комплексном использовании перспективных методик для создания структур: впервые методом электроимпульсного плазменного спекания будут получены объёмные поликристаллические наноструктурированные материалы MnSi, которые, как и GeSi, могут быть использованы в качестве мишеней для импульсного лазерного осаждения при создании наноструктур на основе сверхрешёток. В проекте предполагается комплексное экспериментальное исследование различных вариантов наноструктур, включающее структурные исследования (рентгеноструктурный и рентгенофазовый анализ, растровая электронная микроскопия) и теплофизические измерения (проводимость, коэффициент Зеебека, теплопроводность). Также предполагается проведение теоретических исследований в области механизмов наноструктурирования термоэлектрических материалов, которые будут основаны на разрабатываемой заявителями теории неравновесных границ зерен в материалах. На основе метода Кона-Шэма будет построен первопринципный алгоритм расчета механических, упругих и электрофизических свойств структуры.