Объемные термоэлектрические материалы с нано- микро- и субмикронными элементами структуры.
Твердотельные термоэлектрические преобразователи имеют ряд преимуществ перед традиционными электрическими охлаждающими и генераторными устройствами: простота конструкции, экологичность, бесшумность работы, высокая надежность, возможность миниатюризации без потери эффективности. Однако, для по-настоящему широких промышленных применений термоэлектрических преобразователей энергии необходимо существенное повышение их эффективности. Последние годы характеризуются появлением большого количества исследований в области  создания наноструктурных термоэлектрических материалов, прежде всего на основе твердых растворов (Bi,Sb)2Te3. В литературе установилось мнение, что повышение термоэлектрической эффективности в таком материале обусловлено уменьшением решеточной теплопроводности, в результате возрастания рассеяния фононов на границах наноразмерных зерен. Этот эффект усиливается с уменьшением размера зерен. Получение исходного нанопорошка является менее сложной технологической задачей, чем сохранение наноструктуры в процессе компактирования образца путем горячего прессования, неизбежно связанным с ростом исходных зерен за счет рекристаллизации. В свою очередь, размер зерна определяется рядом факторов: температурой, временем горячего прессования, величиной давления, составом материалов, в том числе наличием наночастиц второй фазы в композиционном материале. Поэтому задачей настоящей работы явилось изучение возможности сохранения наноразмерных зерен в объемных материалах, полученных методом искрового плазменного спекания. Для решения данной задачи был разработан комплекс структурных методов диагностики термоэлектрического наноструктурированного материала, включающий в себя анализ гранулометрического состава порошков, анализ фазового состава и однородности материала, анализ текстуры, тонкой структуры и пористости спеченных образцов.  В работе были исследованы образцы объемного наноструктурированного материала на основе твердого раствора BixSb1−xTe3, полученного методом искрового плазменного спекания. Исходные порошки с размером частиц 10—12 нм изготовлены помолом в шаровой мельнице. С помощью методов рентгеновской дифрактометрии, растровой и просвечивающей (в том числе высокого разрешения) электронной микроскопии изучены закономерности изменения тонкой структуры в зависимости от температуры спекания в интервале 250—550°С. Впервые установлено, что размеры областей когерентного рассеяния не возрастают монотонно с ростом температуры спекания, а при температуре выше 400°С происходит их измельчение. Результаты исследования методом просвечивающей электронной микроскопии позволили предположить, что уменьшение среднего размера ОКР связано с интенсивным образованием мелкодисперсных зерен при температуре sps-спекания 4500С в результате повторной рекристаллизации.  В структуре зарождение новых зерен происходит быстрее, чем рост старых. При этом общая плотность дефектов, включая и двойники, падает. Зарождение новых центров повторной рекристаллизации происходит как на границах зерен, на дислокационных дефектах, так и в объеме зерен, вероятно на субзернах. Обнаруженная закономерность может позволить получать, в зависимости от степени развития повторной рекристаллизации, структуру с разной дисперсностью зерен и  позволяет решить задачу сохранения наносостояния при повышенных температурах искрового плазменного спекания.

Результаты работы использовались непосредственно при отработке технологии получения термоэлектрического материала в ОАО «Гиредмет».


Наши контакты


Назад в раздел




Яндекс.Метрика