Повышение термоэлектрической эффективности полупровуодниковых микро- и наноструктурированных материалов и нанокомпозитов на базе сплавов висмута для миниатюрных термоэлектрических преобразоывателей энергии : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ; научный руководитель Шепелевич В.Г.

Abstract

Объекты исследования: быстрозатвердевшие фольги бинарного сплава висмут – сурьма и тройных сплавов системы висмут – сурьма – олово. Методики исследования: растровая электронная микроскопия, рентгеновский микроанализ, дифракция отраженных электронов, рентгеноструктурная дифрактометрия, микротвердость, Цели исследования: Главной целью настоящих исследований являлось синтез высокоскоростной кристаллизацией фольг на основе висмута и сурьмы и проведение широкомасштабных исследований их структуры, физических свойств и технических параметров для создания миниатюрных термоэлектрических преобразователей энергии. Основные задачи исследования, которые были решены, а именно: - синтезированы быстрозатвердевшие фольги двойных и тройных сплавов при скорости охлаждения расплава 5 105 К/с, - определен фазовый состав быстрозатвердевших фольг, изучено распределение компонентов, исследованы зеренная структура и текстура фольг, - исследованы механические и электрофизические свойства фольг в зависимости от состава, - разработаны и исследованы коммутационные материалы, - изготовлены макеты термоэлементов Пельтье и Зеебека и проведены их исследования. В результате проведенных исследований впервые установлено: В бинарном сплаве Bi – 9 % атомных долей Sb компоненты распределены однородно. В быстрозатвердевших фольгах отсутствует дендритная и ячеистая структуры. В тройных сплавах Bi – 9 % атомных долей Sb – x % атомных долей Sn (x = 0,2 – 2,4) образуются дисперсные равноосные выделения олова, преимущественно локализованные на границах зерен. Быстрозатвердевших фольгах всех исследуемых сплавах формируется текстура , которая ослабляется при перемещении фронта кристаллизации. Легирование висмута сурьмой вызывает увеличение микротвердости в 2,4 раза. Зависимость микротвердости фольг тройных сплавов от концентрации является немонотонной. В области малых концентрации олова микротвердость фольг тройных сплавов уменьшается, а при x больших 0,4 % атомных долей – увеличивается. Предел прочности бинарного сплава Bi – 9 % атомных долей Sb в 3 разы больше, чем висмута, а тройных сплавов Bi – 9 % атомных долей Sb – x % атомных долей Sn незначительно зависит от концентрации олова. Удельное электрическое сопротивление фольг тройных сплавов, измеренное при 290 К, немонотонно зависит от концентрации олова. Его максимальное значение наблюдается в сплаве, содержащем 1,2 % атомных долей Sn. Дифференциальная термоэдс фольг бинарного сплава достигает 170 мкВ/К. При увеличении концентрации олова в тройных сплавах дифференциальная термоэдс уменьшается по абсолютной величине и при концентрациях олова 0,8 – 2,4 % атомных долей имеет положительный знак. Быстрозотвердевшие фольги бинарного сплава и тройных сплавов могут быть использованы для изготовления тонкослойных термоэлектрических устройств.