Виходячи з температурних і концентраційних залежностей кінетичних коефіцієнтів термоелектричного матеріалу (ТЕМ), визначено концентраційні залежності термоелектричної добротності ТЕМ на основі порошків за умов мініатюризації для режимів термоелектричного охолодження й генерування за різних середніх радіусів часток порошку. При цьому необхідні для врахування впливу розмірних ефектів мікроскопічні параметри ТЕМ визначалися безпосередньо на підставі апроксимаційних моделей їх кінетичних коефіцієнтів. Вплив розмірних ефектів на електропровідність ТЕМ ураховувався у наближенні постійної щодо енергії довжини вільного пробігу носіїв заряду, а на граткову теплопровідність - з урахуванням частотної залежності часу релаксації фононів за їх розсіювання один на другому за рахунок ангармонізму теплових коливань гратки. В останньому випадку розглядалися як процеси перекидання, так і нормальні процеси, здатні модифікувати розсіювання електронів на межах шару. Показано, що з використанням порошку ТЕМ із середнім радіусом часток 50 мкм виграш у добротності у порівнянні з монокристалом не перевищує 2 - 11 %. Для менших радіусів часток можна одержати більш суттєвий виграш. Зокрема із застосуванням субмікронних порошків ТЕМ із середнім радіусом часток 0,1 мкм максимум термоелектричної добротності збільшується в 1,18 - 2,15 разу у порівнянні з монокристалом. При цьому застосування порошків ТЕМ із середнім радіусом часток 50 мкм і більш практично не впливає на оптимальну концентрацію легуючих однозарядних домішок, у той час як перехід до менших середніх радіусів часток порошку знижує її. Наприклад, за середнього радіуса часток 0,1 мкм вона зменшується в 1,04 - 1,57 разу у порівнянні з монокристалом.Запропоновано теоретичний підхід до оптимізації термоелектричних матеріалів, що грунтується не лише на експериментальних даних "у чистому вигляді", але й на певних модельних уявленнях про фізичні механізми формування кінетичних коефіцієнтів матеріалу. З числа характеристик, необхідних для визначення термоелектричної добротності матеріалу, аналізуються лише термоерс, електропровідність і частина теплопровідності, зумовлена вільними носіями заряду. Граткова частина теплопровідності матеріалу вважається відомою й обернено пропорційною до температури. Розглянуто й порівнено між собою кілька модельних підходів до опису розсіювання вільних носіїв заряду в матеріалі. Ефективність розробленого підходу проілюстровано на прикладі оптимізації термоелектричного матеріалу для термопарних термоелементів на основі антимоніду цинку. Показано, що за умови забезпечення належної концентрації вільних носіїв заряду в цьому матеріалі його термоелектричну ефективність ZT може бути доведено до 0,39 замість 0,2 - 0,35 за 300 К та до 1,21 замість 0,95 за 600 К.

  Повний текст PDF - 429.535 Kb    Зміст випуску     Цитування публікації

  Якщо, ви не знайшли інформацію про автора(ів) публікації, маєте бажання виправити або відобразити більш докладну інформацію про науковців України запрошуємо заповнити "Анкету науковця"