Технологія отримання високоефективних термоелектричних матеріалів на основі нанорозмірних плівок скуттерудиту CoSb3

Ключеві слова
Нові речовини та матеріали

Опис
Отримання нанорозмірної плівки на основі скуттерудитної фази антимоніду CoSb3 як термоелектричного матеріалу з високими показниками термоелектричних властивостей

Новизна інновації:
Підвищення термоелектричної ефективності ZT -основної характеристики термоелектричних матеріалів. Наноструктурування термоелектричних матеріалів є ефективною технологією досягнення високої ZT за рахунок забеспечення низької теплопровідності. Теперішні термоелектричні елементи, які в більшості синтезовані методами порошкової металургії, мають добротність ZT, яка не перевищує 1. В нанорозмірному плівковому стані ZT, як показують теоретичні розрахунки, може мати значення ≥ 2. Це пояснюється тим, що при переході до нанорозмірів зменшується електрон-фононна взаємодія, і фононна підсистема, будучи адіабатично ізольованою, майже не приймає участі в переносі тепла від нагрівача до охолоджувача. Кристалічна теплопровідність може бути значно зменшена завдяки зменшенню розміру зерен за рахунок додаткового розсіяння фононів на межах зерен, а також наявності пор в плівках. Однією з особливих властивостей скуттерудитних сполук є також можливість зменшення кристалічної теплопровідності, коли невеликі за розміром атоми заповнюють пори в кристалічній структурі скуттерудиту. Атоми легуючої домішки (заповнювача пор), наприклад, атоми елементів Ba, Yb, Tl, Ce, La, при резонансній частоті додатково розсіюють тепло, яке несуть фонони, що в результаті призводить до набагато нижчої теплопровідності плівки. Завдяки цьому термоелектрична ефективність ZT може досягнути значення більше 1,4.

Опис проблеми:
Термоелектрика – пріоритетний напрямок розвитку науки і техніки, заснований на прямому перетворенні теплової енергії в електричну. Відсутність рухомих частин і можливість функціонування в екстремальних умовах забезпечують термоелектричним джерелам енергії високу надійність та практично необмежений ресурс роботи. Особливу корисність дає те, що може бути використована теплова енергія. що втрачається. Саме тому такі джерела знаходять широке застосування у космічній, у військовій техніці та в побуті.

Стадія розробки:
Концепція і теоретична стадія вже доведені і тому є експеріментальні підтвердження

Потенційні споживачі, ринки:
Космічна галузь, військова техніка та побут