Драбкін І.А., Освенський В.Б., Пархоменко Ю.Н., Сорокін А.І., Пивоваров Г.І., Булат Л.П. Анізотропія термоелектричних властивостей наноструктурованого матеріалу р-типа на основі (Bi,Sb)2Te3

PDF

Повне видання (PDF)

Драбкін І.А.
ВАТ Державний науково-дослідний інститут рідкометалічної промисловості «ГІРЕДМЕТ», Б. Толмачевський пер., 5, Москва, 119017, Росія

Освенський В.Б.
ВАТ Державний науково-дослідний інститут рідкометалічної промисловості «ГІРЕДМЕТ», Б. Толмачевський пер., 5, Москва, 119017, Росія

Пархоменко Ю.Н.
ВАТ Державний науково-дослідний інститут рідкометалічної промисловості «ГІРЕДМЕТ», Б. Толмачевський пер., 5, Москва, 119017, Росія

Сорокін А.І.
ВАТ Державний науково-дослідний інститут рідкометалічної промисловості «ГІРЕДМЕТ», Б. Толмачевський пер., 5, Москва, 119017, Росія

Пивоваров Г.І.
ФГБНУ Технологічний інститут надтвердих і нових вуглецевих матеріалів «ТИСНУМ», вул. Центральна, 7а, Москва, Троїцьк, 142190, Росія

Булат Л.П.
Національний дослідницький університет інформаційних технологій, механіки й оптики «НІУ ІТМО», вул. Ломоносова 9, Санкт Петербург 191002, Росія

Ключові слова: наноструктурований монокристал, коефіцієнт анізотропії, електропровідність, теплопровідність.

Анотація: Досліджено анізотропію термоелектричних властивостей наноструктурованого матеріалу Bi0.4Sb1.6Te3 , отриманого методом спікання в іскровому плазмовому розряді – SPS, у діапазоні температур від 245 до 420 К. Встановлено, що величина анізотропії збільшується з підвищенням тиску й зниженням температури спікання. Коефіцієнт анізотропії електропровідності перевищує коефіцієнт анізотропії теплопровідності. З експериментальних значень електро- і теплопровідності в різних напрямках розраховані коефіцієнти текстури в спресованому матеріалі. Отримані розрахункові температурні залежності термоЕРС задовільно узгоджуються з експериментальними даними. Для монокристалічного зерна в домішковій області провідності наведено результати розрахунків температурної залежності граткової теплопровідності в перпендикулярному й паралельному напрямку до тригональної осі. Починаючи з деякої температури, що залежить від умов одержання зразків, величина термоелектричної ефективності ZT у напрямку, паралельному осі пресування, стає більшою, ніж у перпендикулярному напрямку, що пов’язано з появою неосновних носіїв і відмінністю величин відношення рухливостей дірок і електронів у монокристалічному матеріалі для напрямків, паралельних і перпендикулярних тригональній осі. Зроблено порівняння похибок визначення термоелектричних параметрів матеріалу для методів Хармана й роздільного вимірювання
електропровідності, термоЕРС і теплопровідності на різних зразках. В останньому випадку вимірювання електро- і теплопровідності без урахування анізотропії може призвести до одержання завищених значень ZT.

Література

  1. B. Poudel, Q. Hao, Y. Ma, X.Y. Lan, A. Minnich, B. Yu, X. Yan, D.Z. Wang, A. Muto, D. Vashaee, X.Y. Chen, J.M. Liu, M.S. Dresselhaus, G. Chen, Z.F. Ren High-Thermoelectric Performance of Nanostructured Bismuth Antimony Telluride Bulk Alloys// Science.– №5876, V. –2008. –P.634.
  2. Experimental studies on anisotropic thermoelectric properties and structures of n-type Bi2Te2,7Se0,3/Nano Letters. –№10. –2010. –P.3373.
  3. J.J. Shen, L.P. Hu, T.J. Zhu and X.B. Zhao The texture related anisotropy of thermoelectric properties in bismuth telluride based polycrystalline alloys// Appl. Phys. Lett.. №124102, V. 99. P. 356.
  4. D. H.Kim, C. Kim, S.H. Heo, H. Kim Influence of powder morphology on thermoelectricanisotropy of spark-plasma-sintered Bi–Te-based thermoelectric materials// ScienceDirect. №5,V. P. 405.
  5. Сопоставление структуры термоэлектрического материала Bi0,5Sb1,6Te3, полученного методами горячего прессования и искрового плазменного спекания / В.Т. Бублик, Д.И. Богомолов, З.М. Дашевский [и др.] Известия ВУЗов. Материалы электронной техники. –№2. –2010.–С. 61.
  6. Измерение термоэлектрических образцов методом Хармана / В.Н. Абрютин, И.А. Драбкин, И.И. Марончук [и др.] IX Межгосударственный семинар. Термоэлектрики и их применения. Санкт-Петербург. ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. –2004. С. 303.
  7. V. Abrutin, I. Drabkin, V. Osvenski Corrections used when measuring thermoelectric properties by Harman method. Proc. 2nd conference on thermoelectric// Krakov. 2004. P. 4.
  8. W. Xie, J. He, S Zhu, and T. Holgate, S. Wang, X. Tang, Q. Zhang, T.M. Tritt Investigation of the
    sintering pressure and thermal conductivity anisotropy of melt-spun spark-plasma-sintered
    (Bi,Sb)2Te3 thermoelectric materials// J. Mater. Res. No.15, V. 26. 2011. P. 2143.
  9. O. Madelung, U. Rössler, M. Schulz, (ed.) Collaboration: Authors and editors. The LandoltBörnstein Database//. Springer Materials (http://www.springermaterials.com). V. 41С, №3. 1998. 17E-17F.
  10. Оделевский В.И. Расчет обобщенной проводимости гетерогенных смесей / В.И. Оделевский // ЖТФ. –№21. –1951. –С.1379.
  11. D. Stroud. Generalized Effective Medium Theory for the Conductivity of an Inhomogeneous Medium// Phys. Rev. B, – №8,V.112. –1975. –Р. 3368.
  12. Ting-Kang Xia, D. Stroud. Theory of the Hall Coefficient of Polycrystals: Application to a Simple Model for La2-xMxCuO4 (M=Sr,Ba)// Phys. Rev. B. –№1,V. 37. – 1988. – Р. 119.
  13. Дульнев Г.Н.Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Справочная книга / Г.Н. Дульнев, Ю.П. Заричняк // Ленинград. «Энергия», –1974. –С. 264.
  14. Транспортные свойства в области температур 190-300 К наноструктурированного pBi0,5Sb1,5Te3, полученного методом искрового плазменного спекания / В.Т. Бублик,
    З.М. Дашевский, И.А. Драбкин [и др.] // Термоэлектрики и их применение, С–Петербург. –
    2010, –С.47.
  15. Термоэлектрическая эффективность в твердых растворах p-типа на основе халькогенидов
    висмута и сурьмы при температурах выше комнатной / Л.Н. Лукьянова, В.А. Кутасов,
    П.П. Константинов [и др.] // ФТТ, –Т.52, Вып. 8, –2010. –С.1492.
  16. M. Stordeur, M. Srölzer, H. Sobottam, V. Rieder. Investigation of the Valence Band Structure of
    Thermoelectric (Bi1-xSbxTe3 Single Crystals)// Phys. Stat. Sol.(b). –№1, V.150. –1988. –Р.150.
  17. Житинская М.К.Анизотропия термоЭДС в монокристаллах теллурида висмута /
    М.К. Житинская, В.И. Кайданов, В.П. Кондратьев // ФТП, –Т.10, Вып. 11. –1976. –С. 2185.
  18. Смирнов И.А. Электронная теплопроводность в металлах и полупроводниках /
    И.А. Смирнов, В.И. Тамарченко // Л Наука. Ленинградское отд. –1977. С. 151

Надійшла до редакції 22.04.2013