Тезисы

Оглавление

Обзор и применение термоэлектрических пленок, получаемых
методом импульсного лазерного осаждения. 6

Влияние добавок гадолиния на термоэлектрические свойства
сплавов висмут-сурьма. 7

Термоэлектрические свойства моносилицида кобальта и
сплавов на его основе. 8

Изменение состояния примесных атомов 119mSn в PbS и PbTe
в процессе установления радиоактивного равновесия изотопов 119mTe/119Sb. 9

Структура и термоэлектрические свойства пленочных
композитов на основе силицидов Со. 10

Структура и свойства топологических полуметаллов. 11

Термоэлектрические генераторы для небольших перепадов
температур. 12

Материалы на основе твердых растворов теллуридов висмута
и сурьмы, полученные методами быстрой кристаллизации расплава. 13

Материалы на основе твердых растворов халькогенидов
висмута n-типа проводимости, полученные
кристаллизацией расплава жидкости. 14

Новое направление применения термоэлектрических
преобразователей энергии. 15

Термоэлектрические свойства нанокомпозитов Sb2Te3 16

Термоэлектрические свойства твердого раствора n-Mg2(SiGe)0.8Sn0.2 17

Исследование
термоэлектрических свойств твердых растворов
Mg2Si0.8Sn0.2 легированных
Ca и Sb. 18

Безразмерная математическая модель термоэлектрического
охладителя: режим dTmax. 19

Термоэлектрические свойства Bi1-xLuxTe2.7Se0.3. 20

Термоэлектрические и термоэлектрокинетические явления в
коллоидных растворах. 21

Термоэдс
латтинжеровской жидкости
. 22

Гальваномагнитные свойства моносилицида кобальта и
соединений на его основе. 23

Исследование влияния легирования ванадием на
термоэлектрические свойства материала на основе сплавов Гейслера состава Fe2Ti1-xVxSn. 24

Моделирование
процесса усадки термоэлектриков при искровом плазменном спекании на примере
GeSi 25

Магнитокалорийный эффект в
отсутствии внешних магнитных полей
. 26

Длина когерентности и особенности проявления квантовых
размерных эффектов в явлениях переноса в тонких пленках висмута на подложках из
слюды.. 27

Влияние двумеризации электронного транспорта на
проводимость и термоэлектрическую мощность термоэлектриков на основе слоистых
дихалькогенидов переходных металлов c замещениями в анионной и катионной
подсистемах. 28

Микро- и наноструктурирование слоистых термоэлектриков
(1-x)Bi2Te3–(x)Sb2Te3 с высокой плотностью межкристаллитных границ. 29

Функциональные границы в пленках (Bi,Sb)2Te3. 30

Влияние подслоя сурьмы на формирование тонкой пленки
висмута и ее гальваномагнитные свойства. 31

Криогенный термоэлектрический модуль для рабочего
интервала температур ниже 90 К.. 32

Эффективные кристаллы BiSb
для термоэлектрического охлаждения при температуре Т ≤ 180 К.. 33

Исследование термоэлектрических свойств сплава Гейслера
состава Fe1.5TiSb  34

Влияние методики подготовки образцов Ti1–xNbxS2–ySey на их термоэлектрические
свойства. 35

Влияние неидеальности геометрической формы образца на
неопределенность измерений теплопроводности методом лазерной вспышки  36

Моделирование термоэлектрических генераторов на основе
твердых растворов mg2(si-sn) и
высших силицидов марганца. 37

Гальваномагнитные свойства блочных тонких пленок Bi1-xSbx
(0≤x≤0.15) на подложках с различным температурным расширением.. 38

Термоэдс тонких пленок Bi1-xSbx
(0≤x≤0.15) на подложках из слюды и полиимида в температурном
интервале 77–300 К.. 39

Параметры зонной структуры тонких пленок Bi1-xSbx
(0≤x≤0.15) на подложках с различным температурным расширением.. 40

Исследование
влияния легирования La на термоэлектрические свойства оксиселенидов BiCuSeO
.. 41

Исследование термоэлектрических свойств соединений W1-xNbxSe2-ySy  в широком диапазоне температур. 42

Термоэлектрические и гальваномагнитные свойства слоистых
пленок n-Bi2-xSbxTe3-ySey 43

Термоэлектрический материал bi2te2,4se0,6,
содержащий наноразмерную оксидную фазу. 44

Поверхностное скольжение в кристаллах AV2BVI3. 46

Термоэлектрические свойства лент In0.2Ce0.1Co4Sb12.3 полученных методом
быстрой закалки. 47

 

 

 

 

 

Авторский
указатель

 

 

 

A. Banerjee, 16

Han M.K., 42

Kim S.J., 42

P. Singha, 16

S. Das, 16

Абдуллаев Н.А., 5

Абдуллаев Н.М., 46

Алигулиева
Х.В
., 5

Антонов
А.С
., 8

Артемкина С.Б., 28, 35

Асач А.В., 36, 37

Бавыкин В.В., 44

Багиров С.Б., 46

Байрамов Дж.Дж., 5

Башкин М.А., 19

Бойков Ю.А., 29, 30

Бурков А.Т., 8, 11, 23, 41, 42, 47

Буробина Н.Г., 26

Васильев А.Е., 20

Волков М.П., 43

Воронин А.И., 24, 34

Грабов В.М., 21, 27, 38, 39, 40

Гранаткина Ю.В., 13, 14

Грегор Д.Л., 26

Григорьянц А.Г., 6

Данилов В.А., 30

Дашевский З.М., 15, 32, 33

Демидов
Е.В.
, 27, 38, 39, 40

Емельянов М.В., 13, 14

Ефимов Д.Д., 31

Жаркой А.Б., 9

Жежу М.В., 20

Зайцев А.А., 21

Зегря Г.Г., 26

Зиновьев Д.А., 16

Иванов О.Н., 20

Иванов Ю.В., 11, 22

Иванова Л.Д., 12, 13, 14

Ильин А.С., 6

Исаченко Г.Н., 17, 18, 36, 37

Каблукова
Н.С.
, 31

Калугина А.В., 34

Камынин А.А., 44

Карпенков Д.Ю., 34

Касьянов А.А., 17

Кахраманов К.Ш., 46

Комаров В.А., 27, 31, 38, 39, 40

Константинов П.П., 15,
17, 18, 23, 41, 42

Коршунов И.С., 6

Крушельницкий
А.Н.
, 27

Кузнецов В.А., 28, 35

Кузнецов Д.В., 21

Кузнецова
В.С.
, 10

Кульбачинский В.А., 16

Кучумов Б.М., 35

Кытин В.Г., 16

Леднева А.Ю., 28, 42

Лукьянова Л.Н., 43

Макарова Е.С., 31

Мальчев А.Г., 13, 14

Маммадова И.Т., 46

Марков О.И.,
7

Марченко А.В., 9

Масалимов А.М., 17, 37

Маслов Н.В., 16

Мельников
А.А.
, 19

Мурсакулов Н.Н., 46

Насрединов Ф.С., 9

Никулин Д.С., 14

Нихезина И.Ю., 13, 14

Ниченаметла
К.К.
, 10

Новиков С.В., 8, 10, 41, 42, 47

Новицкий А.П., 24, 34, 41

Новотельнова А.В., 25, 36

Овчинников
А.Ю.
, 23

Орехов А.С., 47

Осипков А.С., 6

Панин Ю.В., 44

Панкратова Д.С., 41

Петрова Н.С., 29, 30

Пшенай-Северин
Д.А.
, 8, 11, 23

Романенко А.И., 28, 35, 42

Самунин А.Ю., 17, 18

Самусевич К.Л., 18, 25,
36

Сенкевич С.В., 38, 39, 40

Сергиенко И.А., 41

Серегин
П.П.
, 9

Сидоренко
Н.А.
, 32, 33

Сидоров А.В., 21

Скипидаров С.Я., 15

Суслов А.В., 27, 38, 39, 40

Суслов М.В., 27, 38, 39, 40

Талыфлы А.Ф., 5

Танг Х., 47

Таранова А.И., 24

Тарасов О.М., 19

Таскаев С.В., 24

Тукмакова А.С., 25,
37

Тхоржевский И.Л., 25, 36

Урюпин О. Н., 22

Усов О.А., 43

Федоров В.Е., 28, 35, 42

Фомин В.Е., 36

Халилова К.Г., 46

Ховайло В.В., 24, 34, 41

Цупка С.А., 18

Чеков А.В., 19

Шупенев А.Е., 6

Яковлева Г.Е., 28, 35, 42

Ян Я., 47

Япрынцев М.Н., 20

 

 

 

 

 

Электрические и гальваномагнитные эффекты в
гетероэпитаксиальных структурах InAs0,57Sb0,43.

Алигулиева Х.В.,Абдуллаев Н.А.,Байрамов Дж.Дж.,Талыфлы А.Ф.

Сумгаитский
Государственный университет

 

xayala-firuza@mail.ru

 

Узкозонные
полупроводники группы AIIIBV, в частности твёрдые растворы InAs1-хSbх, являются
важнейшими материалами оптоэлектроники. Особый интерес представляют твёрдые
растворы с х~0,5 с шириной запрещённой зоны около 100 мэВ, соответствующей
технологически важной области спектра от 10 до 12 мкм, в которую попадают окна
прозрачности атмосферы. Нами были получены нерелаксированные слои
InAs0,57Sb0,43 методом молекулярно-лучевой эпитаксии [1]. В настоящей работе
приводятся данные исследований электрических и гальваномагнитных (эффект Холла,
магнитосопротивление) свойств тонких слоёв InAs0,57Sb0,43 в широкой области
температур 1-300К и магнитных полей (до 80 кЭ). Из температурной зависимости
сопротивления в области температур 300-100К: (1) вычисленная величина ширина
запрещённой зоны оказалась равной 120 мэВ Исследуемые образцы были n-типа.
Определённая из эффекта Холла величина постоянной Холла для InAs0,57Sb0,43
равна R=120 см3/Кл. Соответственно, концентрация электронов равна
n=51016см-3. На рисунке 1 приведена магнитополевая зависимость
сопротивления в образцах InAs0,57Sb0,43 (R 811). Как видно наличие
значительного магнитосопротивления: при величине магнитного поля Н=70 кЭ
сопротивление возрастает почти 13 раз, т.е. Это свидетельствует о высокой
подвижности носителей заряда – электронов. Кроме

 

Обзор и
применение термоэлектрических пленок, получаемых методом импульсного лазерного
осаждения

Шупенев
А.Е
.,
Коршунов И.С.
, Ильин А.С., Осипков А.С., Григорьянц А.Г.

Московский государственный технический университет
им. Н. Э. Баумана

 

ash@bmstu.ru

 

Радиационные термоэлементы являются структурной единицей
сенсоров, используемых при измерении энергетических параметров различного
излучения в диапазоне длин волн от 0.1 до 100 мкм. В настоящей работе
исследуется вопрос перспективности использования пленок p-Bi0.5Sb1.5Te3
и n-Bi2Te2.7Se0.3
в радиационных термоэлементах на различных подложках, полученных методом
импульсного лазерного осаждения. Теплофизический расчет и экспериментальные
исследования опытных образцов показали, что с использованием полиимидных
подложек можно обеспечить коэффициент преобразования около 1 В/Вт для приемной
площадки диаметром 16 мм, но постоянная составит около 10 с.

 

Влияние добавок
гадолиния на термоэлектрические свойства сплавов висмут-сурьма

Марков
О.И.

Орловский государственный университет им.
И.С.Тургенева

 

O.I.Markov@mail.ru

 

Сплавы висмут-сурьма известны как
низкотемпературные термоэлектрики. В результате проведенных исследований
кинетических свойств сплавов висмут-сурьма установлено сильное влияние на
термоэлектрические свойства добавок гадолиния, что приводит к значительному
росту термоэлектрической эффективности. Увеличение подвижности электронов
связывается с отложением гадолиния в межслоевом пространстве, что изменяет
свойства топологических изоляторов.

 

Термоэлектрические
свойства моносилицида кобальта и сплавов на его основе

Антонов А.С., Новиков С.В., Пшенай-Северин Д.А., Бурков А.Т.

Физико-технический
институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук

 

antonov.arts@gmail.com

 

Недавние
расчеты зонной структуры моносилицида кобальта выявили ряд отличий от
стандартной, для полуметаллических соединений, модели с энергетическим
перекрытием параболических зон электронов и дырок. Это потребовало модификации
использованных ранее методов описания их транспортных свойств. В качестве
первого этапа в данной работе были исследованы образцы моносилицида кобальта и
сплавов на его основе с замещением кобальта на железо или никель. Исследовался
диапазон составов с содержанием железа до 10 ат. % и никеля до 5 ат. %. В
работе были получены температурные зависимости термоэдс и электропроводности в
диапазоне 100 – 800 К. Была проанализирована возможность интерпретации
полученных температурных и концентрационных зависимостей с использованием
различных моделей описания электронного спектра.

 

Изменение
состояния примесных атомов 119mSn в PbS и PbTe в процессе установления
радиоактивного равновесия изотопов 119mTe/119Sb

Серегин П.П., Марченко А.В., Насрединов Ф.С., Жаркой А.Б.

Российский
государственный педагогический университет им. А.И. Герцена

 

ppseregin@mail.ru

 

Методом
эмиссионной мессбауэровской спектроскопии с материнским изотопом 119mTe,
находящимся в состоянии подвижного радиоактивного равновесия с дочерним
изотопом 119Sb, получена информация о валентном и координационном состояниях
дочерних атомов 119mSn, образующихся из материнских атомов 119Sb и 119mTe в
катионных и анионных узлах сульфида и теллурида свинца. Показано, что
соотношение различных валентных и координационных состояний атомов олова
зависит от времени приготовления мессбауэровских источников, а также
продемонстрировано смещение части дочерних атомов 119Sb из положений
материнских атомов 119mTe в результате распада последних.

 

Структура и
термоэлектрические свойства пленочных композитов на основе силицидов Со

Кузнецова В.С., Новиков С.В., Ниченаметла К.К.

ФТИ им.
А.Ф. Иоффе

 

v.kuznetsova@mail.ioffe.ru

 

Были
исследованы свойства пленок CoSi, полученных методом термического спекания.
Были исследованы чистые и легированные фосфором и бором пленки. В результате
работы были получены зависимости термоэлектрических свойств в температурном
диапазоне 300-800 К. Были сделаны выводы о стехиометрическом составе пленок
после отжига.

 

 

Структура и
свойства топологических полуметаллов.

Пшенай-Северин Д.А. , Иванов Ю.В., Бурков А.Т.

ФТИ им. А.Ф. Иоффе, Санкт-Петербургский политехнический
университет Петра Великого

 

d.pshenay@mail.ru

 

Приглашенный
доклад.

В докладе дается обзор транспортных особенностей
полуметаллических материалов с топологически нетривиальной зонной структурой.
Во вводной части доклада обсуждается понятие фазы и кривизны Берри и их
использование для вычисления топологических инвариантов. На примере материала,
содержащего дираковские или вейлевские узлы вблизи уровня Ферми, обсуждаются
основные свойства, которые можно ожидать у топологических полуметаллов. К ним
относятся связь импульса со спином и топологическая защита от рассеяния назад,
эффекты слабой антилокализации, киральной аномалии, топологический заряд и
появление Ферми-арок на поверхности образца, аномальное слагаемое в скорости
электронов. Далее обсуждаются возможные реализации полуметаллов Вейля и Дирака
в материалах с отсутствием симметрии по отношению к обращению времени или
инверсии. На примере моносилицида кобальта обсуждаются также “новые
фермионы” с многократным вырождением зон с линейным законом дисперсии и
большими топологическими зарядами, а также их поверхностные состояния. Дается
обзор экспериментальных данных по транспортным свойствам топологических
полуметаллов: отрицательное продольное магнетосопротивление в TaAs; термоэдс в
продольном магнитном поле в NbP; высокая подвижность, магнетосопротивление,
аномальный эффект Нернста и высокая термоэлектрическая эффективность в
магнитном поле в дираковском полуметалле Cd2Sb3.

 

Термоэлектрические
генераторы для небольших перепадов температур

Иванова Л.Д.

ИМЕТ
РАН

ivanova@imet.ac.ru

 

Проведен
анализ новейших достижений науки в области создания термоэлектрических
генераторов (ТЭГ) для прямого преобразования тепловой энергии тела человека в
электрическую.

Рассмотрены
литературные данные о жестких и гибких типах термоэлектрических генераторах, их
конструкциях и способов получения.

Для
получения таких ТЭГ применяются электрохимическое осаждение, фотолитография,
травление, спиннингование расплава, искровое плазменное спекание, напыление,
трафаретное покрытие.

Приводятся
данные о величине эффективности (мощности и напряжения) достигнутой на
различных ТЭГ при перепадах температур от 6 до 70 К.

 

Материалы на
основе твердых растворов теллуридов висмута и сурьмы, полученные методами
быстрой кристаллизации расплава

Иванова
Л.Д., Гранаткина Ю.В.,
Мальчев А.Г.,. Нихезина И.Ю, Емельянов М.В. 

ИМЕТ
РАН

granat@imet.ac.ru

 

Исследованы материалы
твердого раствора Bi0.5Sb1.5Te3 р-типа проводимости, полученные горячим
прессованием и экструзией порошков, приготовленных методами быстрой
кристаллизации расплава: спиннингованием расплава и кристаллизацией расплава в
жидкости.

Морфология
порошков и поверхности скола образцов и их микроструктура изучены с помощью
оптической, сканирующей электронной и туннельной микроскопии.

Механические
свойства образцов исследованы при деформации сжатием при комнатной температуре.

Коэффициент
Зеебека, электропроводность и теплопроводность материалов  измерены в интервале температур 100600 К.

Для
материалов, экструдированных из гранул, полученных кристаллизацией расплава в
воде и измельченных в планетарной мельнице получена наибольшая величина
предела  прочности на сжатие sB = 100 140 МПа при 300 К и максимальная термоэлектрическая добротность
(ZТ)max = 1.2 – 1.3.

 

Материалы на
основе твердых растворов халькогенидов висмута
n-типа проводимости,
полученные кристаллизацией расплава жидкости

Иванова
Л.Д., Гранаткина Ю.В., Мальчев А.Г., Нихезина И.Ю., Емельянов М.В., Никулин Д.С. 

ИМЕТ
РАН

msk@termointech.ru

 

Исследованы
микроструктура, механические и термоэлектрические свойства образцов твердого
раствора Bi2Te3Bi2Se3 n-типа проводимости, содержащих 6, 8 и 10 мол.% Bi2Se3,
легированные иодидом сурьмы, хлоридом кадмия и гексабромбензолом, полученные
горячим прессованием и экструзией гранул, приготовленных кристаллизацией
расплава в жидкости и измельченных в ножевой и планетарной мельнице.

Измерения
проводили при комнатной температуре и в интервале 100–600 К.

Найдены
условия получения материала с пределом прочности ~ 250 МПа при деформации
сжатием (состав с 10 мол.% Bi2Se3, легированный гексабромбензолом).

Максимальная
термоэлектрическая добротность исследованных материалов (ZТ)max ~0.9 в
интервале температур 320–430 К.

 

Новое направление
применения термоэлектрических преобразователей энергии

Дашевский
З.М.
1, Константинов
П.П.
2, Скипидаров С.Я.3

1 ЗАО Ферротек Норд, 109383 Москва,
Россия            

2 Физико-технический институт им.
А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия,

3ООО «РусТек», 109383 Москва,
Россия

 

dashevsky.45@mail.ru

 

В южных странах, включая европейские
государства, нашли широкое применение солнечные коллекторы, которые используют
в качестве дополнительной системы нагрева воды. Однако недостатком таких систем
явлется то, что с увеличением температуры воды значительная часть солнечной
энергии не может быть использована и рассеивается в окружающую среду.
Предлагается использовать тепловые отходы при высокой температуре, которые
подаются к термоэлектрическому генератору (ТЭГ), работающим на перепаде
температур между горячей водой в солнечном коллекторе и холодной водой,
подаваемой в радиатор с другой стороны ТЭГ.
В этом случае повляется новое приложение термоэлектрических
преобразователей, в которых он может выступать не только как источник
электрической энергии, но и как источник низкопотенциального тепла, постуающего
из радиатора. Суммарный коэффициент преобразования в таких устройствах может
достигать 90 %. В работе с целью повышения кпд преобразования ТЭГ выполнена
оптимизация термоэлектрической эффективности
Z
в термоэлектрических материалах на основе
Bi2Te3 р-типа проводимости, имеюших максимальную Z в рабочем интервале темпеоатур 50 – 300 оС.

 

Термоэлектрические
свойства нанокомпозитов Sb2Te3

Кульбачинский В.А.1, Кытин В.Г.1, Зиновьев Д.А., Маслов Н.В.1, P. Singha2, S. Das2, A. Banerjee2

1Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,
ГСП-1, 119991, Москва, Ленинские горы, физический факультет

2Department of Physics, University of Calcutta, 92 A P C Road, Kolkata
700009, India

 

kulb@mig.phys.msu.ru

 

Эффективность термоэлектриков можно
увеличить наноструктурированием [1] и введением в материал рассеивающих центров
для фононов, которые бы уменьшали теплопроводность, но не влияли бы на электронный
транспорт [2]. Нами синтезированы и исследованы нанокомпозиты
Sb2Te3 с графитом. Синтез был проведен
твердотельной реакцией. Структура полученных образцов проверялась при комнатной
температуре рентгеновской дифрактометрией. Для получения параметров
использовался метод Ритвельда для всех образцов
Sb2Te3+x%(graphite) (x=0.0, 0.5, 1.0). Никаких дополнительных пиков от графита не наблюдается
ввиду его малого количества.
Получено,
что средний размер кристаллитов

Sb2Te3 во всех исследованных композитах одинаков и составляет ~ 15 нм. Установлено, что структура Sb2Te3 в композитах ромбоэдрическая с группой симметрии <![if !vml]><![endif]>.
Кроме того, никаких сдвигов пиков, соответствующих структуре
Sb2Te3 в нанокомопозитах нет, то есть нанокомпозиты представляют
собой две устойчивых нерастворимых друг в друге фазы.
Комбинационное
рассеяние света показало наличие двух фаз:
Sb2Te3 и графита. Увеличение
содержания графита в нанокомпозите приводит к увеличению сопротивления.
Термоэдс растет немонотонно с увеличением содержания графита в нанокомпозитах,
теплопроводность существенно уменьшается.

[1] Das D., et. al., EPL, 113, 47004-p1–p6
(2016).  

[2] V.A. Kulbachinskii,
et.al., J. Sol. St
. Chem. 193,
64–70 (2012).

 

Термоэлектрические
свойства твердого раствора
n-Mg2(SiGe)0.8Sn0.2

Исаченко Г.Н.1,2
Самунин А.Ю.1 Константинов П.П.1 Касьянов А.А.2 Масалимов А.М.2

1ФТИ им. А.Ф. Иоффе, Санкт-Петербург

2Университет ИТМО, Санкт-Петербург.

g.isachenko@mail.ioffe.ru

 

Высокие значения термоэлектрической добротности (ZT=1.4) в
твердых растворах Mg2SiMg2Sn обусловлены низкой теплопроводностью
и сложной зонной структурой, оптимальной при соотношении твердого раствора 40% Mg2Si на
60% Mg2Sn. Но присутствие в больших
соотношениях станнида магния ухудшает механические свойства и химическую
стабильность материала, ограничивая возможность его применения при высоких
температурах. Силицид магния обладая более высокой стабильностью, проигрывает в
термоэлектрической добротности. В твердых растворах со стороны силицида магния ZT
значительно ниже, и составляет порядка единицы. Возможность повысить ZT в
твердом растворе Mg2Si0.8Sn0.2
при дополнительном включении небольшого количества Mg2Ge было
исследовано в данной работе. Образцы твердого раствора Mg2(Si1-XGeX)0.8Sn0.2
(X<0,03)
приготовлены методом горячего прессования. На образцах измерены температурные
зависимости коэффициента термоэдс, электропроводности и теплопроводности.
Показано увеличение термоэлектрической добротности до ZT=1,1 при T=800K в
твердом растворе Mg2Si0.78Ge0.02Sn0.2.

 

Исследование
термоэлектрических свойств твердых растворов
Mg2Si0.8Sn0.2 легированных Ca и Sb.

Исаченко
Г.Н.
1,2,
Самунин А.Ю.
1, Константинов П.П.1, Цупка С.А.2, Самусевич К.Л.1,2

1 Физико-технический институт
им. А.Ф. Иоффе РАН

2 Университет ИТМО

 

g.isachenko@mail.ioffe.ru

 

Исследования
о включении кальция в твердую решетку силицида магния на термоэлектрические
свойства показали снижение теплопроводности кристаллической решётки и рост
отношения электропроводности к теплопроводности. Для того чтобы изучить
возможности улучшения свойств термоэлектриков на основе твердых растворов
Mg2SiMg2Sn за счет сложного легирования в
данной работе было исследовано влияние кальция на термоэлектрические свойства
твёрдого раствора Mg2
Si0.2Sn0.8. Были приготовлены образцы
состава Mg2-
xCaxSi0.2Sn0.8 (X=0.05, 0.1) из наноразмерного
порошка методом горячего прессования с оптимальным уровнем легирования. Образцы дополнительно легировались сурьмой
для получения концентрации свободных элетронов
10-20 см3.
Были измерены их электропроводность, теплопроводность и коэффициент Зеебека.
Полученные результаты были сопоставлены со свойствами этих твердых растворов не
содержащие кальций.

 

Безразмерная математическая модель термоэлектрического охладителя:
режим dTmax

Мельников А.А.1,¶), Тарасов О.М.2, Чеков А.В.2, Башкин М.А.3

1 Федеральное государственное
унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт
авиационных материалов» 105005 Москва, Россия

2 Национальный Исследовательский
Технологический Университет «МИСиС» 119049 Москва, Россия

3 АО «НПО «Орион» 111538 Москва,
Россия

 

q.melnikov@gmail.com

 

Тепловые сопротивления на холодной и горячей стороне
оказывают существенное влияние на выходные характеристики термоэлектрических
устройств. В работе представлена безразмерная математическая модель
термоэлектрического охладителя, позволяющая рассчитывать параметры устройств,
такие как оптимальное отношение тепловых сопротивлений на холодной и горячей
стороне и оптимальный ток, с учетом влияния тепловых сопротивлений. Рассмотрен
режим максимального перепада температур dTmax. Показано, что оптимальные
параметры охладителя для реализации режима dTmax и Qmax отличаются. Для
режима dTmax
определяющим является влияние теплового сопротивления на горячей стороне,
величина оптимального тока в большинстве случаев составляет 0,4 – 0,7
от максимального при использовании материала с ZT = 1. Показано, что в реальных
устройствах снижение теплопроводности термоэлектрического материала дополнительно
увеличивает dTmax помимо увеличения ZT за счет уменьшения влияния
теплового сопротивления на горячей стороне. Аналогичный положительный эффект
имеет увеличение высоты ветвей.

 

Термоэлектрические свойства Bi1-xLuxTe2.7Se0.3

Васильев А.Е.,
Япрынцев М.Н., Иванов О.Н., Жежу М.В.

ФГАОУ ВО «Белгородский государственный национальный
исследовательский университет», НИУ «БелГУ»

748070@bsu.edu.ru

В настоящее время твердые растворы Bi2Te3-ySey с оптимальной
концентрацией y = 0,3 являются наилучшими низкотемпературными термоэлектриками
n-типа проводимости. Согласно литературным данным, термоэлектрическую
эффективность, как Bi2Te3 так и основанных на Bi2Te3 сплавов, можно существенно
повысить с помощью легирования редкоземельными элементами. Такое легирование
может одновременно влиять на коэффициент Зеебека, удельное электрическое
сопротивление и полную теплопроводность термоэлектрика, повышая его
термоэлектрическую добротность. Целью настоящей работы было изучение влияния
легирования Lu на термоэлектрические свойства соединения Bi2Te2,7Se0,3. Образцы
для исследования получали методами мягкой химии и искрового плазменного
спекания. Коэффициент Зеебека и удельное электрическое сопротивление (установка
ZEM-3) и теплопроводность (TC-1200) измеряли в интервале температур 290-600 К.
Концентрацию и подвижность основных носителей заряда (электронов) определяли с
помощью изучения эффекта Холла. Установлено, что термоэлектрические свойства
Bi2Te2,7Se0,3 немонотонно зависят от концентрации Lu. При малом содержании Lu
термоэлектрическая добротность понижается, но при дальнейшем повышении уровня
легирования постепенно восстанавливается до значения, характерного для
нелегированного соединения. В работе подробно обсуждаются различные физические
механизмы такого влияния легирования Lu на термоэлектрические свойства
Bi2Te2,7Se0,3.

 

Термоэлектрические и термоэлектрокинетические явления в коллоидных
растворах

Сидоров А.В., Грабов В.М., Зайцев А.А., Кузнецов Д.В.

Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина

dirnusir@mail.ru

К настоящему времени известны результаты исследований
термоэлектрических явлений в вязких средах, обладающих текучестью. В
электролитах, например, водном растворе гидроксида калия KOH коэффициент
термоэдс принимает значения, близкие по величине к значениям в типичных
полупроводниках. Кроме того, течение вязкой среды при наличии градиента температуры
обеспечивает условия формирования нового класса перекрестных явлений переноса,
недавно обнаруженных авторами и названных термоэлектрокинетическими явлениями.
В работе приведены результаты исследования термоэлектрических и
термоэлектрокинетических явлений в коллоидных растворах, в которых взвешенные в
вязкой среде – растворителе коллоидные частицы являются основными носителями
электрического заряда. Измерены значения коэффициента термоэлектрической и
термоэлектрокинетической ЭДС водного коллоидного раствора гидроокиси железа
(III). Показано, что коллоидные частицы переносят положительный заряд и
определяют знак термоэдс раствора, а величины наблюдаемых термоэлектрической и
термоэлектрокинетической ЭДС по порядку величины близки к таковым в водных растворах
ионных соединений. В связи с широким распространением коллоидных растворов в
природе, в частности, в жидких системах живых организмов, исследования
термоэлектрических и термоэлектрокинетических явлений представляются
актуальными и будут продолжены.

Работа выполнена при поддержке РФФИ и администрации Липецкой
области, грант № 17-42-480248.

 

Термоэдс латтинжеровской
жидкости

Иванов
Ю.В.
,
Урюпин О. Н.
 

Физико-технический институт
им. А.Ф. Иоффе РАН, 194021 Санкт-Петербург, Россия

 

yu.ivanov@mail.ioffe.ru

 

Рассчитана
термоэдс латтинжеровской жидкости с потенциальным барьером. Учтен
дальнодействующий характер электрон-электронного взаимодействия. Показано, что
увеличение радиуса взаимодействия качественно изменяет температурную
зависимость термоэдс. При малых температурах коэффициент Зеебека
латтинжеровской жидкости значительно меньше соответствующего коэффициента
одномерного ферми-газа. С ростом температуры термоэдс быстро увеличивается и
может превысить термоэдс ферми-газа. Полученные результаты качественно
согласуются с экспериментальными данными для квазиодномерных проволок
InSb
толщиной 5 нм.

 

Гальваномагнитные
свойства моносилицида кобальта и соединений на его основе

Овчинников А.Ю., Константинов П.П., Пшенай-Северин Д.А., Бурков А.Т.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра
Великого

 

graff_icheskiy@mail.ru

 

Современные исследования зонной структуры моносилицида
кобальта (
CoSi)
выявили отличия модели от обычно используемой для полуметаллов, в которой
рассматривается несколько параболических зон электронов и дырок с небольшим
энергетическим перекрытием. Эти отличия потребовали модификации методов описания
транспортных свойств, использованных ранее. В работе исследован ряд образцов
CoSi с
замещение атомов кобальта на железо или никель. Использовавшиеся соединения
содержали до 8 ат. % железа и до 5 ат. % никеля. Получены температурные
зависимости коэффициента Холла и электропроводности в диапазоне температур
77-800 К. Была проанализирована возможность интерпретации полученных
температурных и концентрационных зависимостей с использованием различных
моделей описания электронного спектра и рассеяния носителей.

 

Исследование влияния легирования ванадием на термоэлектрические
свойства материала на основе сплавов Гейслера состава Fe2Ti1-xVxSn

Таранова
А.И.
, Новицкий А.П., Воронин А.И., Таскаев С.В., Ховайло В.В.

Национальный
исследовательский технологический университет «МИСиС»

 

ataranovamisis@gmail.com

 

Основные
исследования сплавов Гейслера на основе железа направлены на изучение их
магнитных свойств, однако некоторые из этих сплавов являются узкозонными
полупроводниками. Согласно теоретическим расчётам [1], легирование Fe2TiSn
ванадием может привести к росту термоэдс и фактора мощности. С целью проверки
предположения в данной работе были исследованы термоэлектрические свойства
серии образцов состава Fe2Ti1-xVxSn (x = 0;
0.06; 0.15; 0.2).

Поликристаллические
образцы были получены традиционным методом – электродуговой плавкой, процесс
протекал в атмосфере аргона. Гомогенизация состава происходила за счёт отжига в
течение недели при температуре 1073
K в вакууме. Слитки были измельчены в механической ступке,
после чего на установке искрового плазменного спекания были получены объемные
образцы в форме диска. Рентгенофазовый анализ подтвердил, что вся серия образцов
является однофазной, примесные фазы отсутствуют. Однако при анализе элементного
состава было выявлено наличие оксида титана, а также областей, обогащенных
титаном и оловом. Термическая стабильность образцов была исследована с помощью
термогравиметрического анализа, структурных преобразований обнаружено не было.
По результатам измерений с увеличением концентрации ванадия электропроводность
и коэффициент термоэдс снижаются. Тип проводимости изменяется с p- на n-тип,
что связано с привнесением электронов за счёт легирования ванадием,
наилучшими
термоэлектрическими свойствами обладает нелегированный образец Fe2TiSn.

[1] S.Yabuuchi, et.al. / /Applied Physics Express. –
2013. – V. 6. – №.
2.
P.
025504.

 

Моделирование процесса усадки термоэлектриков
при искровом плазменном спекании на примере
GeSi

 

Тукмакова А.С.1, Самусевич К.Л.1, Новотельнова А.В.1, Тхоржевский И.Л.1

1Университет ИТМО, 197101, Санкт-Петербург, Россия

 

astukmakova@corp.ifmo.ru

 

Проведен расчет
усадки термоэлектрического материала в процессе искрового плазменного спекания.
Моделирование выполнено методом конечных элементов в программе
Comsol Multiphysics. Модель механических процессов была основана на
результатах ранее опубликованных работ, посвященных моделированию спекания
порошковых металлических материалов и керамик. Описание механических процессов
включало упругую и пластическую деформацию обрабатываемого материала. В
процессе расчета учитывалось влияние пористости материала на тепловые,
электрические и механические свойства.

 

Магнитокалорийный эффект в отсутствии внешних
магнитных полей

Буробина Н.Г., Грегор Д.Л., Зегря Г.Г.

Физико-Технический Институт им. Иоффе

 

nikabour@mail.ioffe.ru

 

Магнетокалорийный эффект в отсутствии внешних
магнитных полей”

Мы предлагаем наше экспериментальное
исследование экологически и 

энергетически эффективной технологии в качестве
вклада в решение 

проблемы современного энергетического кризиса.
Передовая технология 

магнитного охлаждения основана на
магнетокалорийном эффекте в отсутствии 

внешних магнитных полей. Массовое изменение
изотермической энтропии 

больше 2 Дж/кгК, что служит подтверждением
принципа улучшенной 

охладительной технологии. Методы роста
мультиферроика 

La0.7Sr0.3MnO3/Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 также
обсуждаются.

 

Длина когерентности и особенности проявления квантовых размерных
эффектов в явлениях переноса в тонких пленках висмута на подложках из слюды

 

Демидов Е.В., Грабов В.М., Комаров В.А., Крушельницкий А.Н., Суслов А.В., Суслов М.В.

Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена, 191186, Санкт-Петербург, Россия

 

demidov_evg@mail.ru

 

Пленки
висмута – наиболее подходящие объекты для реализации квантовых размерных
эффектов (КРЭ): малые значения энергии Ферми, порядка десятков
meV, малые
значения эффективных масс, порядка
10-2
me, большие значения длины волны де Бройля, порядка 40 нм
для электронов и 10 нм для дырок. Вследствие КРЭ, в зависимости от толщины
пленки плотность состояний носителей заряда испытывает осцилляции с периодом,
равным половине длины волны де Бройля носителей заряда, амплитуда которых
уменьшается по мере увеличения толщины пленки. По этой причине, следует ожидать
подобной зависимости всех физических свойств пленок, которые определяются плотностью
состояний носителей заряда. Для формирования стационарных квантовых состояний
носителей заряда необходимо, чтобы длина когерентности волн де Бройля была
не меньше толщины пленки, что возможно, если длина свободного пробега носителей
заряда будет не меньше толщины пленки. В связи с этим, при исследовании
квантового размерного эффекта важным является определение длины когерентности
волн де Бройля и длины свободного пробега носителей заряда в исследуемых
структурах.

Измерены
значения гальваномагнитных коэффициентов (удельного сопротивления,
магнетосопротивления и коэффициента Холла) в тонких пленках висмута на слюде
для пленок толщиной от 15 до 150 нм при температуре 77К. Наблюдаются
осцилляционные зависимости гальваномагнитных свойств от толщины пленки для
образцов толщиной меньше 50 нм. Произведена оценка длины когерентности волн де
Бройля носителей заряда. Обсуждаются причины отклонения наблюдаемых
экспериментальных зависимостей от простой теории квантового размерного эффекта
в полуметаллических пленках.

 

Работа
выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России (в рамках
государственного задания, проект № 3.4856.2017/8.9) и РФФИ, грант №
18-32-00242.

 

Влияние двумеризации электронного транспорта на проводимость и
термоэлектрическую мощность термоэлектриков на основе слоистых дихалькогенидов
переходных металлов c замещениями в анионной и катионной подсистемах.

Романенко А.И.,
Яковлева Г.Е., Федоров В.Е., Леднева А.Ю., Артемкина С.Б., Кузнецов В.А.

Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского
отделения Российской академии наук

air@niic.nsc.ru

При температурах ниже комнатной исследованы температурные
зависимости электропроводности и коэффициента Зеебека объемных
поликристаллических образцов дихалькогенидов титана и вольфрама с частичной
заменой переходного металла на ниобий и селена на серу – M1-xNbxSe2-ySy (M=W,
Ti). Для создания эффективных термоэлектрических преобразователей необходимы
материалы с положительной и отрицательной термоэдс (коэффициента Зеебека). Нами
установлено, что W1-xNbxSe2-ySy имеет положительный коэффициент Зеебека а
Ti1-xNbxSe2-ySy – отрицательный. Двухмерность транспортных свойств электронов
проводимости обнаруживается при концентрациях ниобия х> 0,1 для
W1-xNbxSe2-ySy и для всех составов образцов Ti1-xNbxSe2-ySy. При комнатной
температуре коэффициент Зеебека (при одинаковой электрической проводимости) в
образцах с квазидвумерным электронным транспортом в несколько раз выше, чем в
образцах с трехмерным. Это происходит потому, что в двумерных системах энергия
Ферми меньше, чем в трехмерных системах при одинаковых значениях концентрации
носителей заряда. Расчет коэффициента мощности при комнатной температуре
показывает его девятикратное увеличение в образцах с двумерным электронным
транспортом.

 

Микро- и наноструктурирование слоистых термоэлектриков
(1-x)Bi2Te3–(x)Sb2Te3 с высокой плотностью межкристаллитных границ

Петрова Н.С.,
Бойков Ю.А.

ФТИ им. А.Ф. Иоффе

n.petrova.term@mail.ioffe.ru

В настоящее время изучением свойств пленок и вопросами их
использования занимается большое число исследователей. Это объясняется, с одной
стороны, обширным применением полупроводниковых пленок в промышленности и, в
первую очередь, в микроэлектронике, с другой, большим интересом к
фундаментальным свойствам вещества в тонкопленочном состоянии, которые могут
существенно отличаться от свойств массивных кристаллов. [1, 2]

Твердые растворы на основе халькогенидов висмута и сурьмы
обладают наивысшими значениями термоэлектрической эффективности Z при
температурах, близких к комнатной. [2-4]

В результате выполнения настоящей работы

1.      Разработан
новый метод получения пленок с высокой плотностью межкристаллитных границ на
основе (1-x)Bi2Te3–(x)Sb2Te3.[5]

2.      Показана
перспективность повышения термоэлектрической эффективности материалов на основе
халькогенидов висмута и сурьмы, обладающих наивысшей эффективностью при Т=300К
за счет оптимизации межкристаллитных границ и возможных топологических
эффектов.

3.      Исследованы
особенности деструктурирования кристаллов (1-x)Bi2Te3–(x)Sb2Te3.

4.      Исследованы
температурные зависимости термоэлектрических свойств полученных пленок
(удельной электропроводности и термоЭДС).

5.      На основе
комплексного исследования структуры и температурных зависимостей
термоэлектрических свойств показано, что этот класс соединений является
перспективным для создания термоэлектрических “чернил” для 3D-принтера.[5]

 

Функциональные границы в пленках (Bi,Sb)2Te3

Бойков Ю.А.,
Данилов В.А., Петрова Н.С.

ФТИ им. А.Ф. Иоффе

yu.boikov@mail.ioffe.ru

Термоэлектрическая эффективность (Z) пленок (Bi,Sb)2(Te,Se)3
 и многослойных пленочных гетероструктур на их основе 
может существенно превышать величину Z соответствующих объемных кристаллов.
Повышению термоэлектрической эффективности пленок, по сравнению с величиной Z для
монокристаллов, способствует снижение их решеточной теплопроводности,
вследствие рассеяния фононов на межфазных и межкристаллитных границах. Чтобы
величина Z пленок (Bi,Sb)2(Te,Se)3 превышала эффективность соответствующих
монокристаллов микроструктура и зарядовое состояние указанных границ должны
быть оптимизированы таким образом, чтобы последние активно рассеивали фононы,
но оказывали минимальное влияние на подвижность носителей заряда.

 

Влияние подслоя сурьмы на формирование тонкой пленки висмута и ее
гальваномагнитные свойства

Каблукова Н.С.1, 2, Макарова Е.С.3, Комаров В.А.1, Ефимов Д.Д. 1

1
Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена

2
Университет промышленных технологий и дизайна

3 Университет ИТМО

 

kablukova.natali@yandex.ru

 

Несколько
лет назад был разработан метод получения монокристаллических пленок под
покрытием [1]. Во время исследований обнаружили, что при толщине пленки меньше
300 нм висмут и твердый раствор висмут-сурьма скатывается в капли и проводящей
пленка не образуется. Если вещество скатывается в капли, следовательно, оно не
смачивает поверхность, на которой находится. Поэтому чтобы получить
монокристаллическую пленку методом зонной плавки под покрытием надо добиться
смачивание подложки. Для улучшения смачивания решили использовать слой сурьмы,
так как сурьма близкая к висмуту и хорошо растворяется в нем. Следовательно, в
них хорошее взаимное смачивание.

При
исследовании перекристаллизованных пленок мы убедились, что слой сурьмы во
время перекристаллизации не проникает в объем пленки. Рентгеноструктурный
анализ показал, что кристаллическая структура пленки с подслоем аналогична
пленки без подслоя. А использование подслоя сурьмы толщиной 10 нм, нам
позволило получить монокристаллическую пленку висмута толщиной 200 нм, и
провести ее исследования (рисунок 1). Слой сурьмы вносит незначительные
отклонения в гальваномагнитные свойства монокристаллических пленок, что
позволяет считать пленку состоящую только из висмута при изучении структуры
пленка-подложка.

<![if !vml]><![endif]>              <![if !vml]><![endif]>

Рисунок
1
. Удельное
сопротивление (слева), магнетосопротивление (справа) тонкой пленки висмута
толщиной 200 нм с различным окружением.

 

Мы и
дальше будем совершенствовать метод для уменьшения толщины монокристаллических
пленок, которые нужны для развития физики кантовых эффектов и явлений.

 

Список
литературы:

<![if !supportLists]>1.
<![endif]>Способ создания на различных подложках монокристаллических пленок
многокомпонентного твердого раствора с равномерным распределением компонентов
по объему / Грабов В.М. и др. // ПАТЕНТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕ, № 2507317
зарегистрирован Бюллетень № 1 от  10.01.2014, заявка №2012128190,
приоритет изобретения 03.07.2012.

 

Криогенный термоэлектрический модуль для рабочего интервала температур
ниже 90 К

Сидоренко Н.А., Дашевский З.М.

ЗАО Ферротек Норд, 109383 Москва, Россия

 

sidorenko@ferrotec-nord.com

 

Показана
возможность создания термоэлектрических (ТЭ) охладителей для рабочих температур
Т≤ 90 К. Для этих температур невозможно использовать стандартную схему
термоэлемента, состоящего из двух полупроводниковых ветвей п- и р- типа,
соединенных в последовательную электрическую цепь. При Т ≤ 90 К есть
только эффективный термоэлектрический (ТЭ) материал п – типа на основе  твердых растворов
BiSb. В этом случае перспективны
термоэлементы с ТЭ ветвью
n– типа и пассивной ветвью на основе высокотемпературного
сверхпроводника (ВТСП).

Предложена
конструкция криогенного модуля Пельтье, состоящего из п-ветвей на основе экструдированных
кристаллов
Bi0.91Sb0.09 и пассивных ветвей на
основе  ВТСП пленок
YBa2Cu3O7-x на подложке из SrTiO3. Экструзия кристаллов Bi0.91Sb0.09 осуществлялась в жидкой среде
под высоким гидростатическим давлением.

В интервале
температур 60 – 100 К в поперечном магнитном поле исследовались ТЭ свойства
кристаллов
Bi0.91Sb0.09: коэффициент Зеебека, электрическая
проводимость, теплопроводность, безразмерная ТЭ добротность ZT. В магнитном
поле наблюдалось существенное увеличение ZT.

Для криогенного
модуля
в поперечном магнитном поле B = 0.2 T при температуре
горячей стороны
Th = 80 K,
потребляемом токе 
I = 6.4 A и напряжении
U = 0.10 V были получены максимальный перепад температур ΔT = 14 K и максимальная холодопроизводительность Qc = 0.4 W.

 

Эффективные кристаллы BiSb для термоэлектрического охлаждения при температуре Т ≤ 180 К

Сидоренко Н.А.,
Дашевский З.М.

ЗАО Ферротек Норд, 109383 Москва, Россия

sidorenko@ferrotec-nord.com

Известно, что монокристаллы твердых растворов BiSb с содержанием Sb
от 7 до 15 ат. % n-типа проводимости являются
наиболее эффективными термоэлектрическими (ТЭ) материалами при температурах Т ≤ 180 K. Однако низкая механическая прочность
не позволяет использовать эти материалы в реальных  ТЕ устройствах. Методы экструзии получили
широкое распространение в технологии изготовления ТЭ материалов с высокими
прочностными характеристиками. В данной работе для упрочнения монокристаллов BiSb использовался метод экструзии в жидкой
среде под высоким гидростатическим давлением. В качестве прочностной
характеристики кристаллов Bi0.91 Sb0.09
рассматривался предел прочности на изгиб σи перпендикулярно направлению максимальной ТЭ
эффективности Z.
Исследовались ТЭ свойства экструдированных кристаллов Bi0.91Sb0.09: коэффициент Зеебека, проводимость и теплопроводность в интервале
температур 77 – 200 К.

Показано, что для экструдированных кристаллов Bi0.91Sb0.09 при  Т =
180 К и в магнитном поле В = 0.7 Т
безразмерная ТЭ добротность ZT составляет 0.9 при σи  ≥ 26 Мпа.

 

Исследование термоэлектрических свойств сплава Гейслера состава Fe1.5TiSb

 

Калугина А.В.,
Карпенков Д.Ю., Новицкий А.П., Воронин А.И., Ховайло В.В.

Национальный исследовательский технологический университет
“МИСиС”

m140147@edu.misis.ru

В качестве объекта исследования был выбран сплав Гейслера на
основе интерметаллида системы FeTiSb, который является перспективным
кандидатом на роль среднетемпературного термоэлектрического материала.

Был синтезирован сплав состава Fe1.5TiSb методом индукционной плавки, после
чего производился отжиг с целью гомогенизации состава. Режим отжига был
подобран в соответствии с литературными данными 800 ℃ в течение 72 часов
с последующей закалкой. Результаты рентгенофазового и энергодисперсионного
анализов подтвердили однофазность образца. После был произведен помол образца в
агатовой ступке и спекание полученного порошка методом искрового плазменного
спекания (ИПС). Спекание проводилось при 800 ℃ в течение 10 минут при
давлении 50 МПа в атмосфере аргона. Для полученного объемного образца в форме
диска, были проведены измерения температурной зависимости
температуропроводности и расчет теплопроводности, результаты которых показали,
что с ростом температуры теплопроводность уменьшается. Измерения
электросопротивления и коэффициента Зеебека показали, что значения обоих
величин слабо растут с ростом температуры. Был сделан вывод, что материал
данного состава является полупроводником р-типа. Также был произведен расчёт
термоэлектрической добротности в диапазоне температур от комнатной до 468 К.
При 468 К значение показателя zT составляет 0,16. Тенденция
температурной зависимости zT
демонстрирует увеличение показателя термоэлектрической добротности с ростом
температуры.

 

Влияние методики подготовки образцов Ti1–xNbxS2–ySey на их термоэлектрические свойства

Кузнецов В.А.,
Яковлева Г.Е., Артемкина С.Б., Кучумов Б.М., Федоров В.Е., Романенко А.И.

Институт неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН,
Новосибирск, Россия

vitalii.a.kuznetsov@gmail.com

В работе изучено влияние режимов подготовки объёмных
поликристаллических образцов на примере дихалькогенидов переходных металлов Ti1-xNbxS2-ySey на их
термоэлектрические свойства. Поликристаллические порошки дихалькогенидов были
получены методом высокотемпературного ампульного синтеза. Синтезированные
порошки были спрессованы в таблетки диаметром 10 мм и толщиной 2 мм с помощью
лабораторного пресса при комнатной температуре при давлении 2000 МПа. Часть
таблеток была отожжена в вакуумированных ампулах при температурах 600, 850 и
950°C. Исследование морфологии было проведено на сканирующем электронном
микроскопе TM-3000.
Показано, что кристаллиты преимущественно ориентированы перпендикулярно
направлению прессования. Экспериментальные образцы были получены выпиливанием
из спрессованных таблеток поперёк и вдоль направления прессования. Установлено,
что отжиг приводит к увеличению электропроводности образцов в более чем 10 раз.
Что касается термоЭДС, то отжиг при 600°C приводит к увеличению значения, отжиг
же при больших температурах уменьшает это значение. Также показано, что
значение теплопроводности выше для отожжённых образцов. В результате
термоэлектрическая добротность ZT больше для образцов
отожжённых при 600°C, то есть при температуре ниже температуры синтеза, когда
межзёренные границы уже улучшены, но значительного разрастания самих зёрен ещё
не происходит. Термоэлектрические свойства были измерены в образцах вдоль
кристаллитов. Добротность ZT имеет максимальное
значение в изученной серии образцов для состава Ti0.98Nb0.02S1.3Se0.7 и составляет
порядка 0,22.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда
фундаментальных исследований (грант № 18-503-51017).

 

Влияние неидеальности геометрической формы образца на неопределенность
измерений теплопроводности методом лазерной вспышки

Асач А.В.1, Исаченко Г.Н.1,2, Новотельнова
А.В.1, Фомин В.Е.1,
Самусевич К.Л.1, Тхоржевский И.Л.1

1 Университет ИТМО, 197101 Санкт-Петербург,
Россия

2 Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе
Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия

vladdisslav.fomin@yandex.ru

В работе
проведено исследование влияния геометрической формы образцов на
неопределенность измерений коэффициента теплопроводности материалов методом
лазерной вспышки.

Методом математического моделирования в программной среде Comsol Multiphysics создана модель,
имитирующая процесс измерения методом лазерной вспышки коэффициента
теплопроводности образцов, выполненных из графита, Mg2Si0.4Sn0.6
и теллурида висмута. Исследованы образцы цилиндрической формы с плоско
параллельными сторонами и образцы в виде усеченного цилиндра.

Показано, что для образцов с плоскопараллельными сторонами
неопределенность измерений не превышает 2 %. Для образцов в форме усеченного
цилиндра и при угле скоса j= 1.5° неопределенность измерения не превышает 3 %. С увеличением
диаметра образца и угла j неопределенность измерений возрастает.

 

Моделирование термоэлектрических генераторов на основе твердых
растворов mg2(s
i-sn) и высших силицидов марганца

Масалимов А.М.1,
Тукмакова А.С.1, Исаченко Г.Н.1,2, Асач А.В.1

1Университет ИТМО, 197101 Санкт-Петербург, Россия

2 Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе
Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия

alibekmslv@gmail.com

Проведено численное моделирование различных режимов
эксплуатации термоэлектрического генератора на основе силицидных термоэлектриков.
Проведено сравнение коэффициента полезного действия (КПД) и выходной мощности генераторов
на основе: 1) твердых растворов Mg2(SiSn) n– и p-типа и 2)
на основе Mg2(SiSn) n-типа и высших силицидов
марганца p-типа. Генератор второго типа
показал более высокие значения КПД и мощности. Представлена модель генератора с
ветвями n– и p-типа
разной ширины. Показана возможность повышения КПД такого генератора на 0,5% по
сравнению с генератором с ветвями одинаковой геометрии.

 

Гальваномагнитные свойства блочных тонких
пленок Bi1-xSbx (0≤x≤0.15) на подложках с
различным температурным расширением

Грабов В.М.1, Комаров В.А.1, Демидов Е.В.1, Сенкевич С.В.2,
Суслов А.В.1, Суслов М.В.1

1 Российский государственный педагогический
университет им. А. И. Герцена, 191186, Санкт-Петербург, Россия

2 Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе
Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия

SenkevichSV@mail.ioffe.ru

Представлены результаты исследования гальваномагнитных
свойств тонких блочных пленок системы висмут-сурьма в интервале составов от 0
до 15 ат.% сурьмы на подложках с различным температурным расширением в
диапазоне температур от 77 К до 300 К в магнитном поле до 0.7 Т.
Пленки получены методом дискретного термического испарения в высоком вакууме
(10–5 торр) при температуре подложки 410 К с последующим
отжигом при 540 К в течение 30 минут. Концентрации и подвижности
носителей заряда рассчитаны в двухзонном приближении. Коэффициент
температурного расширения (КТР) подложек охватывает область от 1.1 до 45·10-6 К–1.

Различие температурного расширения материалов пленки и
подложки приводит к тому, что пленка находится в условиях плоскостного
растяжения при КТР материала подложки меньше КТР материала пленки или сжатия
при КТР материала подложки больше КТР материала пленки. Показано большое
влияние плоскостной деформации на гальваномагнитные свойства и параметры зонной
структуры носителей заряда. Концентрация носителей заряда в пленках на
подложках с КТР больше, чем КТР материала пленки оказывается выше, чем в
пленках на подложках с КТР меньше чем КТР материала пленки. Различие
концентрации возрастает с понижением температуры. Подобный характер зависимости
концентрации носителей заряда от КТР подложки сохраняется для пленок всех
исследованных составов и толщин.

При увеличении концентрации сурьмы характер зависимости
подвижности электронов слабо меняется, в то время как зависимости подвижности
дырок приобретают существенно более сложный немонотонный характер.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России
(в рамках государственного задания, проект № 3.4856.2017/8.9) и РФФИ, грант №
18-32-00430.

 

Термоэдс тонких пленок Bi1-xSbx (0≤x≤0.15)
на подложках из слюды и полиимида в температурном интервале 77–300 К

Грабов В.М.1, Комаров В.А.1, Демидов Е.В.1, Сенкевич С.В.2, Суслов А.В.1, Суслов М.В.1

1 Российский государственный педагогический
университет им. А. И. Герцена,191186, Санкт-Петербург,
Россия

2 Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе
Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия

mvsuslov@mail.ru

Представлены результаты исследования термоэдс тонких блочных
пленок Bi1-xSbx (0≤x≤0.15) толщиной 100–1000
нм на подложках из слюды и полиимида в интервале температуры 77–300 К. При
измерении термоэдс использован метод, исключающий искажение деформации в
системе пленка-подложка. Под действием различия температурного расширения
материалов пленки и подложки, пленки на полиимиде оказываются в состоянии
плоскостного сжатия, а пленки на слюде, в состоянии плоскостного растяжения при
температуре ниже температуры формирования пленки.

Влияние деформации пленки, вследствие различия
температурного расширения материалов пленки и подложки, приводит к различному
характеру температурных зависимостей термоэдс в пленках висмут-сурьма на
подложках из слюды и полиимида. Использование пленок на подложках с большим
температурным расширением приводит к уменьшению термоэдс, особенно в
низкотемпературной области.

Обнаружено, что уменьшение размеров кристаллитов заметно
увеличивает термоэдс тонких пленок, в то время как уменьшение толщины приводит
к обратному эффекту, особенно в области низких температур.

Максимальное значение термоэдс и фактора мощности
соответствует пленкам Bi0.88Sb0.12 на слюде и полиимиде.

В целях дальнейшего увеличения термоэдс тонких пленок можно
рекомендовать уменьшение размеров кристаллитов блочных образцов с сохранением
кристаллической текстуры и толщины пленки на подложках с КТР меньшим или равным
КТР материала пленки.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России
(в рамках государственного задания, проект № 3.4856.2017/8.9) и РФФИ, грант №
18-32-00242.

 

Параметры зонной структуры тонких пленок Bi1-xSbx
(0≤x≤0.15) на подложках с различным температурным расширением

Грабов В.М.1, Комаров В.А.1, Демидов Е.В.1, Сенкевич С.В.2, Суслов А.В.1,
Суслов М.В.1

1 Российский государственный педагогический
университет им. А. И. Герцена, 191186, Санкт-Петербург, Россия

2 Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе
Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия

a.v_suslov@mail.ru

В работе представлены результаты расчета концентрации
носителей заряда в пленках висмут-сурьма в интервале концентраций от 0 до
15 at.% сурьмы на подложках с различным коэффициентом температурного
расширения, выполненные на основе результатов экспериментальных исследований
гальваномагнитных свойств пленок, полученных методом термического испарения в
вакууме. Различие коэффициента температурного расширения (КТР) материалов
подложки и пленки приводит к плоскостной деформации пленки вдоль ее плоскости.
КТР использованных подложек охватывает область (1.1–45)∙10-6К-1
и содержит подложки с КТР как больше, так и меньше чем КТР висмута
(10.5∙10-6К-1), в виду чего исследованные пленки
находятся как в состоянии плоскостного сжатия, так и плоскостного растяжения.

Выявлено значительное увеличение концентрации носителей заряда при использовании
подложек с КТР больше, чем КТР пленки, и уменьшение концентрации в случае КТР
подложки меньше КТР пленки. Такой характер зависимости концентрации носителей
заряда от КТР подложки сохраняется для пленок всех исследованных толщин и
составов. Это указывает на существенное отличие механизма изменения зонной
структуры, вызванное плоскостной деформацией пленки и введением атомов сурьмы.

Под действием плоскостной деформации тонких пленок,
вызванной различием температурного расширения материалов пленки и подложки,
положение зоны проводимости и валентной зоны пленок изменяется относительно их
положения в монокристалле соответствующего состава. Увеличение КТР подложки
сопровождается повышением
положения потолка валентной зоны и понижением положения дна зоны проводимости
относительно уровня Ферми. Уменьшение КТР подложки приводит к обратному
эффекту.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России
(в рамках государственного задания, проект № 3.4856.2017/8.9) и РФФИ, грант №
18-32-00430.

 

Исследование влияния легирования La на
термоэлектрические свойства оксиселенидов BiCuSeO

Панкратова Д.С.,
Новицкий А.П., Сергиенко И.А., Новиков С.В., Константинов П.П., Бурков А.Т., Ховайло В.В.

Национальный исследовательский технологический университет
«МИСиС»

dasha31pank@gmail.com

Оксидные термоэлектрические материалы на основе BiCuSeO
впервые были описаны в 2010 году. C каждым годом привлекают все большее
внимание, так как имеют высокую химическую и термическую стабильность при
высоких температурах. Кристаллическая структура BiCuSeO соответствует
структурному типу ZrCuSiAs, и состоит из проводящих слоев (Cu2Se2)2-,
чередующихся с непроводящими слоями (Bi2O2)2+,
расположенных вдоль оси c
тетрагональной ячейки. Соединение LaCuSeO кристаллизуется по тому же
структурному типу, при этом ширина запрещенной зоны (2,8 эВ) значительно
больше, чем у BiCuSeO (0,8 эВ). В данной работе исследовались тепловые и
электрофизические свойства соединений промежуточных концентраций Bi1-xLaxCuSeO (x = 0;
0,02; 0,04; 0,06; 0,08).

Методом двухступенчатого твердофазного синтеза, с
последующим искровым плазменным спеканием были получены образцы химического
состава Bi1-xLaxCuSeO (x = 0; 0,02; 0,04; 0,06; 0,08). Измерения образцов проводились в
двух направлениях: параллельно и перпендикулярно оси спекания. Первичные
результаты показали, что при повышении концентрации лантана значение
теплопроводности фактически не изменялось, в то время как удельное электросопротивление
и значения коэффициента термоЭДС демонстрируют тенденцию к понижению.

 

Исследование термоэлектрических свойств соединений W1-xNbxSe2-ySy  в широком диапазоне температур

Яковлева Г.Е.,
Романенко А.И., Леднева А.Ю., Бурков А.Т., Константинов П.П., Новиков С.В., Han M.K., Kim S.J., Федоров В.Е.

Институт неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН

galina.yakovleva.91@mail.ru

Халькогениды переходных металлов представляют интерес с
точки зрения термоэлектричества благодаря низкой теплопроводности. Однако, как
и типичные полупроводники, они имеют низкую концентрацию носителей заряда. В
данной работе исследовались термоэлектрические свойства твердых растворов W1-xNbxSe2-ySy.
Замещение атомов металла в катионной подрешетке на Nb привело к увеличению
концентрации основных носителей заряда. Замещения в анионной подрешетке Se на S
привело к изменению размеров зерна в поликристаллических соединениях. Изменение
размера  зерна повлияло на подвижность и
теплопроводность соединений. Таким образом, меняя концентрацию замещающих элементов
в катионной и анионной подрешетке, было найдено оптимальное соотношение
элементов с точки зрения термоэлектрической эффективности. Наилучшее значение
параметра добротности имеет состав W0.98Nb0.02Se1.7S0.3. ZT=0.26 (T=650K).

Работа поддержана Российским фондом фундаментальных
исследований (проект 18-503-51017).

 

Термоэлектрические и гальваномагнитные свойства слоистых пленок n-Bi2-xSbxTe3-ySey

Лукьянова Л.Н.,
Усов О.А., Волков М.П.

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской
академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия

lidia.lukyanova@mail.ioffe.ru

В наноструктурированных слоистых пленках nBi2-xSbxTe3-ySey, относящихся к топологическим изоляторам (ТИ), исследованы
температурные зависимости т
ермоэлектрических свойств и квантовые осцилляции
магнетосопротивления в сильных магнитных полях.
Получено повышение
термоэлектрической эффективности Z в пленках nBi1.6Sb0.4Te2.94Se0.06 в области температур
80-300 K по сравнению с
объемным материалом. Среднее значение <Z> = 3.45 10-3
K-1 в
интервале температур T
= (80-250) K, Zmax=3.65
10-3 K – 1 при 185 K. Повышение Z в пленках связано с
уменьшением теплопроводности
и небольшим увеличением параметра мощности, которое определяется ростом
коэффициента Зеебека, несмотря на слабое снижение электропроводности.

Из анализа осцилляций магнетосопротивления были определены
основные параметры поверхностных состояний фермионов Дирака: циклотронная резонансная
частота осцилляций, скорость Ферми, время релаксации, волновой вектором и длина
свободного пробега фермионов, вклад которых в транспортные и термоэлектрические
свойства определяется положением уровня Ферми. Особенностями энергетических
зависимостей длин свободного пробега фермионов Дирака и фононов определяется
рост коэффициента Зеебека и снижение теплопроводности в пленках nBi1.6Sb0.4Te2.94Se0.06. Слабое
снижение электропроводности, связанное со снижением объемной составляющей электропроводности,
вызванной дефектами в объеме ТИ, достигается оптимизацией состава и
концентрации носителей заряда в пленках.

 

Термоэлектрический материал bi2te2,4se0,6, содержащий
наноразмерную оксидную фазу

Панин Ю.В., Бавыкин В.В., Камынин А.А.

Воронежский государственный технический университет, Воронеж,
Россия

yu.panin62@yandex.ru

В последнее время появился новый тип термоэлектрических материалов
на основе халькогенидов висмута, технология изготовления которых основана на
армировании термоэлектрической матрицы наноразмерными частицами. Введение в
термоэлектрическую матрицу высокодисперсных наполнителей преследует цель
максимального повышения отношения электропроводности к теплопроводности
получаемого композиционного материала за счёт преимущественного снижения по
сравнению с подвижностью электронов теплопроводности решётки, обусловленной
эффективным рассеиванием длинноволновых фононов.

Так в работе [1] предложен
наноструктурный объёмный термоэлектрический материал, на основе теллурида
висмута и дисперсного наполнителя.
 В качестве дисперсного наполнителя применены наночастицы
оксидов алюминия, кремния, олова, цинка, циркония, иттрия, кобальтаты лантана,
фуллерены и углеродные нанотрубки.
 В работе [2] в качестве наполнителя термоэлектрического
материала использовали высокодисперсный карбид кремния. Введение нанодисперсных
наполнителей позволило повысить температуру рекристаллизации и снизить
теплопроводность термоэлектрического материала с
 1,5 Вт/м·К  до 0,6 Вт/м·К за счёт рассеяния фононов на границах раздела фаз.

Однако, несмотря на достигнутые результаты,
производство термоэлектрических композитов на основе халькогенидов висмута с
различными нанодисперсными наполнителями не освоено. Основными причинами этого
являются отсутствие совершенных способов изготовления. Анализ существующих
способов изготовления показывает, что используемые технологии ограничены в
управлении процессом формирования структуры
термоэлектрического материала и существует значительный резерв в
дальнейшем повышении термоэлектрической добротности халькогенидов висмута путём
разработки новых методов введения в термоэлектрическую матрицу армирующих
компонентов различной природы, размера, формы и характера распределения в
матричной фазе.

Эффективным методом дальнейшего повышения
термоэлектрической добротности может стать синтез армирующих компонентов
непосредственно в процессе изготовления термоэлектрического материала. Для
реализации этого метода наиболее предпочтительными представляются химические
реакции
insitu, приводящие к образованию в матрице собственных оксидных фаз, не
имеющих загрязнений на поверхности и обладающие хорошими межфазными свойствами
с последующим применением специфических приёмов горячего прессования. При этом
по аналогии с дисперсно-упрочнёнными композитами повышаются твёрдость,
жёсткость и жаропрочность получаемого термоэлектрического материала, что
позволяет надеяться на расширение температурного диапазона его эксплуатации.

Целью
данной работы является исследование влияния оксидного наполнителя на
термоэлектрические характеристики получаемого композита с матрицей на основе
Bi2Te2,4Se0,6  n– типа проводимости в интервале температур
20-320 оС.

Применительно
к стандартному термоэлектрическому материалу состава Bi2Te2,4
Se0,6 n-типа проводимости были проведены
исследования по формированию в нём оксидной фазы в количестве 0,1-0,12 масс. %
c последующим применением специфических
приёмов горячего прессования на воздухе при температуре 643-653 К, давлении 500
МПа и получением заготовок размером 34×28×15 мм3.

Температурные
зависимости термоэлектрических свойств полученного материала приведены в
таблице.

Таблица

T, 0C

α,
мкВ/К

σ,

Ом-1·см-1

λ·102,
Вт/(см·К)

Z·103,
K-1

ZT

31,1

-151,1

981,7

1,44

1,56

0,47

62,3

-158,3

872

1,33

1,64

0,55

129

-172,9

699,3

1,02

2,04

0,82

177,2

-187,2

649,7

1,06

2,14

0,97

224,8

-189,8

583,7

1,07

1,96

0,98

271,5

-190,1

565,6

1,04

1,97

1,07

323,86

-189,7

579,4

1,04

1,57

0,91

Приведенные в таблице результаты испытаний показывают, что
введение в термоэлектрическую матрицу оксидной фазы приводит к заметному
повышению отношения электропроводности к теплопроводности материала. При этом
максимальная термоэлектрическая добротность сдвигается в сторону более высоких
температур и достигает значения
ZT=1,07 в интервале температур 500-600K.

 

Работа
выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской
Федерации в рамках постановления Правительства Российской Федерации от 9 апреля
2010 г. № 218 (Договор № 03.G25.31.0246).

Литература

1.
Патент США №7309830, H01L 35/26, от 18.12.2007 Nanostructured bulk thermoelectric material.

2.Патент Китая CN
1807666, С22С 1/05, С22С 29/00,
B22F 29/04, от 26.07.2006.

 

Поверхностное скольжение в
кристаллах AV2BVI3

Абдуллаев Н.М., Маммадова И.Т., Халилова К.Г., Мурсакулов Н.Н., Багиров С.Б., Кахраманов К.Ш.

Институт Физики НАН
Азербайджана, 1143, Ясамальский район города Баку
, Баку, пр. Гусейна Джавида, 131

 

nadirabdulla@mail.ru

В тонких фольгах из
АV2ВVI3 толщиной 50-100 нм выявлены линии скольжения – характерные полосам
деформации. В АV2ВVI3 обнаружены искривленные линии скольжения относительно
параллельных линий. Своим происхождением полосы сброса в Sb2Te3 и Bi2Te3 можно
приписать наличию механических барьеров лежащие между параллельными плоскостями
скольжения (0001).

 

Термоэлектрические свойства лент In0.2Ce0.1Co4Sb12.3 полученных
методом быстрой закалки

Новиков С.В.1,*,
Бурков А.Т.1, Танг Х.2, Ян Я.2, Орехов А.С.3,4

1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе
Российской академии наук, 194021, Санкт-Петербург, Россия

2Уханьский технологический университет, 122
Дорога Луоши, Ухань 430070, Китай

3Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова
Федерального научно-исследовательского центра «Кристаллография и фотоника»
Российской академии наук, 119333 Москва, Россия

4Национальный исследовательский центр
«Курчатовский институт», 123182 Москва, Россия

 

*S.Novikov@mail.ioffe.ru

Работа посвящена исследованию термоэлектрических свойств
соединения In0.2Ce0.1Co4Sb12.3,
полученного методом быстрой закалки. В процессе быстрой закалки формируются
аморфные или частично кристаллизованные тонкие ленты. Полученные таким способом
ленты в дальнейшем служат исходным материалом для создания объемных образцов.
Однако термоэлектрические свойства исходных лент практически не изучены. В
данной работе впервые исследованы термоэдс и электрическое сопротивление аморфных
и кристаллических лент при температурах 100 – 750 K. Определена область стабильности
аморфного состояния и изучена кинетика кристаллизации аморфных лент.