Дизайн высокоэффективных термоэлектрических материалов на основе твердых растворов (Yb3-xS4)0.2(M3-xS4)0.8 (M=Gd, Dy)

Актуальность проекта обусловлена проблемой рационального использования природного и техногенного тепла. Одним из перспективных решений этой проблемы является широкое использование термоэлектрических устройств для генерации и аккумулирования электроэнергии. С точки зрения основных принципов используемых при создании термоэлектрических преобразователей, для увеличения КПД подобных устройств необходимо ориентироваться на высокие температуры горячей зоны и, следовательно, на использование высокотемпературных материалов. Представленный проект направлен на создание эффективных высокотемпературных термоэлектрических материалов (Yb3-xS4)0.2(M3-xS4)0.8 (M=Gd, Dy; 0.25<x<0.33), и исследование закономерностей изменения термоэлектрических параметров, а также оптимизацию реальной структуры материала. В рамках проекта планируется проведение необходимой и достаточной характеризации синтезированных образцов набором современных физико-химических методов (РФА, РФЭС, РФлА, микроскопия SEM и HRTEM, энергодисперсионный анализ, магнитная восприимчивость, КРС-, EXAFS- и XANES-спектроскопии) по морфологии, наноструктуре, химическому и фазовому составам. На полученных керамических поликристаллических образцах будут проведены исследования температурных зависимостей термоэлектрических параметров: коэффициента Зеебека, электропроводности и теплопроводности. Предполагается установление закономерностей изменения термоэлектрических параметров в зависимости от изменений реальной структуры полученных материалов с описанием природы и механизма конверсии тепла в электрическую энергию. На основании результатов исследований будет рекомендован оптимальный химический состав твердого раствора для достижения максимальной термоэлектрической эффективности (Yb3-xS4)0.2(M3-xS4)0.8. Полученные фундаментальные данные существенно расширят представления о химии твердых растворов сульфидов редкоземельных элементов со структурным типом Th3P4, а также обеспечат теоретическую основу для развития новых комплексных химико-технологических подходов формирования материалов с повышенными значениями термоэлектрической добротности ZT (≥2.0-2.5) и высокими коэффициентами полезного действия термоэлектрических устройств (≥15%), эксплуатируемых при высоких температурах до 1000 K и выше.