Формирование термостабильной структуры в низко- и среднетемпературных термоэлектрических материалах, полученных методом искрового плазменного спекания.

Основная проблема, мешающая широкому распространению использования термоэлектрических генераторов, состоит в том, что эффективность (индикатор КПД) доступных в настоящее время генераторных термоэлектрических материалов относительно низка. У лучших коммерчески доступных термоэлектрических материалов ZT не превышает единицу. Достигнутый сегодня уровень эффективности преобразования определяется параметрами лучших материалов, применяемых для этих целей. Поскольку принципиальные физические ограничения эффективности термоэлектрического преобразования неизвестны, поиску новых термоэлектрических материалов с улучшенными параметрами уделяется сейчас очень большое внимание. Вопрос заключается, однако, в том каким путем можно достигнуть увеличения эффективности преобразования. Поэтому ключевой проблемой термоэлектрического материаловедения до сих пор остается поиск и получение новых материалов с повышенной термоэлектрической эффективностью ZT, поскольку величина ZT материала определяет функциональные возможности и эксплуатационные характеристики изготавливаемых на его основе термоэлектрических преобразователей энергии. Научная проблема, на решение которой направлен проект - создание низко- и среднетемпературного термоэлектрического материала р-типа проводимости, на основе твердых растворов халькогенидов висмута и сурьмы, антимонида цинка и селенида меди, с высокой величиной термоэлектрической эффективности, необходимой для широких применений термоэлектрических преобразователей энергии. В основу выполнения цели проекта будут положены две концепции повышения ZT за счет снижения решеточной теплопроводности. Первая и наиболее распространенная из них заключается в создании нанокомпозитных материалов, в которых уменьшение решеточной теплопроводности связано с дополнительным рассеянием фононов на границах нанозерен. Вторая концепция связана с созданием термоэлектриков со сложной кристаллической структурой, в которой нарушение периодичности или добавление точечных структурных дефектов уменьшают длину свободного пробега фононов. В бета-фазе селенида меди и фазе антимонида цинка Zn4Sb3 атомы меди и цинка обладают достаточно высокой подвижностью, практически как в жидкой фазе. С одной стороны, это приводит к диффузии ионов меди и цинка и появлению вкладов в потоки частиц, заряда и тепла, а с другой стороны, влияет на изменение решеточной теплоемкости и теплопроводности за счет модификации фононного спектра и рассеяния фононов.