Нові композитні та тонкоплівкові термоелектричні матеріали

Нові композитні та тонкоплівкові термоелектричні матеріали на основі багатокомпонентних сполук Ag–Pb–Sb–Te (LAST): технологія, властивості, використання

Державний реєстраційний номер: 0115U002303

Тривалість проєкту: 2015- 2016

Виконавець проєкту: ДВНЗ «Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника» (Проект Міністерства освіти і науки України)

Мета проєкту: Розробка і оптимізація технологічних процесів отримання термоелектричних матеріалів на основі багатокомпонентних сполук системи Ag-Pb-Sb-Te (LAST) для термоелектричних модулів, що функціонують в температурному діапазоні (300-850) К.

Завдання проєкту:

  1. Комплексне дослідження термоелектричних властивостей композитів на основі багатокомпонентних сполук системи Ag-Pb-Sb-Te з метою встановлення впливу на них хімічного складу і технологічних факторів отримання.
  2. Розробка парофазних методів осадження тонкоплівкових та наноструктурованих конденсатів на основі сполук системи Ag-Pb-Sb-Te.
  3. Визначення профілів термоелектричних параметрів тонких плівок і наноструктур отриманих при різних технологічних факторах.
  4. Визначення оптимальних товщин та структурних параметрів конденсатів, що забезпечують максимальні термоелектричні характеристики матеріалів.
  5. Оптимізація технології отримання термоелектричних композитів і парофазних конденсатів на основі сполук системи Ag-Pb-Sb-Te для термоелектричних модулів спеціального призначення.

Досягнуті результати:

Вперше проведено синтез та методом холодного пресування (тиск пресування 1,5-2,0 ГПа) з наступним відпалом на повітрі (Т = (370-570) К) отримано дослідні зразки термоелектричних матеріалів системи Pb-Sn-Ag-Te, досліджено температурні залежності їх питомої електропровідності, коефіцієнта термо-ЕРС та коефіцієнта теплопровідності. Показано, що дані матеріали є багатофазні і наявність додаткових фаз, ідентифікованих методами рентгенівської дифрактометрії, забезпечує отримання матеріалів з низькою теплопровідністю (0,002 Вт/(см К)). Вперше, для методу відкритого випаровування у вакуумі з термічним випаровуванням шихти AgxPbmSb2-xTe2+m, визначено вид підкладок (свіжі сколи (0001) слюди-мусковіт, ситал) і технологічні умови отримання (температура випаровування Тв = 970 К, температура осадження Тп = (500-550) К, час осадження (5-120) с), що забезпечують у процесах самоорганізації утворення наноструктур із наперед заданою формою, орієнтацією кристалів і їх поверхневою густиною; Досліджено вплив товщини тонких плівок на основі сполук PbAgxSbTe та PbSnAgTe на їх термоелектричні властивості. У рамках двошарової моделі Петріца визначено електричні параметри приповерхневих шарів. Отримані результати інтерпретуються процесами адсорбції кисню на поверхні та його дифузії в глиб конденсату. Встановлено, що домінуючу роль відіграє розсіювання носіїв струму на поверхні, а не на міжзеренних межах нанокристалітів, розміри яких збільшуються із товщиною парофазних структур.

Контактна особа і менеджер проєкту в Прикарпатському національному університеті ім. Василя Стефаника: Дмитро ФРЕЇК, д.ф.-м.н., професор, e-mail: prkvv@i.ua, відповідальний виконавець: к.х.н., с.н.с., докторант І.В. Горічок, horichokihor@gmail.com