Технология получения высокоэффективных термоэлектрических материалов на основе наноразмерных пленок скуттерудита CoSb3

Ключевые слова
Новые вещества и материалы

Описание
Получение наноразмерной пленки на основе скуттерудитной фазы антимонида CoSb3 как термоэлектрического материала с высокими показателями термоэлектрических свойств.

Новизна инновации:
Повышение термоэлектрической эффективности ZT - основной характеристики термоэлектрических материалов. Наноструктуризация термоэлектрических материалов является эффективной технологией достижения высокой ZT за счет обеспечения низкой теплопроводности. Теперешние термоэлектрические элементы, которые в большинстве синтезированы методами порошковой металлургии, имеют добротность ZT, которая не превышает 1. В наноразмерном пленочном состоянии ZT, как показывают теоретические расчеты, может иметь значение ≥ 2. Это объясняется тем, что при переходе к наноразмерам уменьшается електрон-фононное взаимодействие, и фононная подсистема, будучи адиабатически изолированной, почти не принимает участия в переносе тепла от нагревателя к охладителю. Кристаллическая теплопроводность может быть значительно уменьшена благодаря уменьшению размера зерен за счет дополнительного рассеяния фононов на границах зерен, а также наличии пор в пленках. Одним из особенных свойств скуттерудитных соединений есть также возможность уменьшения кристаллической теплопроводности, когда небольшие по размеру атомы заполняют поры в кристаллической структуре скуттерудита. Атомы легирующей примеси (заполнителя пор), например, атомы элементов Ba, Yb, Tl, Ce, La, при резонансной частоте дополнительно рассеивают тепло, которое несут фононы, что в результате приводит к намного низшей теплопроводности пленки. Благодаря этому термоэлектрическая эффективность ZT может достичь значения больше 1,4.

Описание проблемы:
Термоэлектричество – приоритетное направление развития науки и техники, основанное на прямом превращении тепловой энергии в электрическую. Отсутствие подвижных частей и возможность функционирования в экстремальных условиях обеспечивают термоэлектрическим источникам энергии высокую надежность и практически неограниченный ресурс работы. Особенную полезность дает то, что может быть использована тепловая энергия, которая теряется. Именно поэтому такие источники находят широкое приложение в космической, в военной технике и в быту.

Стадия разработки:
Концепция и теоретическая стадия уже доказаны и тому есть экспериментальные подтверждения.

Потенциальные потребители, рынки:
Космическая отрасль, военной техника и в быту