Термоелектричні гілки із функціонально-градієнтних матеріалів на основі ві-те-se-sb

Термоелектричні гілки із функціональноградієнтних матеріалів на основі Bi-Tе-Sе-Sb, що містять гілки n- та p-типу провідності генераторних термоелементів на основі функціональноградієнтних оптимізованих матеріалів з кристалів твердих розчинів Ві-Те-Se-Sb, які відрізняються тим, що легуючі домішки розподілені вздовж висоти гілок таким чином, що концентрація носіїв струму N змінюється від 1019 см-3 біля холодної до 6·1019 см -3 біля гарячої граней за законом Корисна модель стосується термоелектрики і може бути використана у виготовленні віток із термоелектричних матеріалів на основі твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb для генераторних термоелементів і модулів на їх основі, що застосовуються для прямого перетворення теплової енергії в електричну. Існуючі вітки із термоелектричних напівпровідникових матеріалів на основі Bi-Te-Se-Sb n- і ртипів провідності мають рівномірний розподіл домішок вздовж їх висоти [1] і дозволяють створювати генераторні модулі з робочим діапазоном температур 30°С - 250°С, які володіють певним коефіцієнтом корисної дії (ККД) перетворення. Із відомих аналогів найбільш близькими за характеристиками є вітки із наведених в [2] однорідних термоелектричних матеріалів на основі Bi-TeSe-Sb з концентрацією носіїв струму при температурі 30°С на рівні 3·1019см-3 для віток n-типу провідності й 2·1019см -3 для віток р-типу провідності. Недоліком віток із однорідних матеріалів є відсутність прояву в них дії об'ємних термоелектричних ефектів, які мають місце тільки в неоднорідних структурах і за рахунок яких відбувається підвищення ефективності генераторів [3]. Тому актуальним є завдання створення віток із неоднорідних матеріалів, в яких найкращим чином проявляються об'ємні термоелектричні ефекти, направлені на підвищення ККД генераторів. Вказане завдання вирішується тим, що для генераторних термоелементів запропоновано вітки n- та р-типу провідності на основі функціональноградієнтних оптимізованих матеріалів з кристалів твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb, які відрізняються тим, що розподіл легуючих домішок вздовж висоти віток створюється таким чином, що концентрація носіїв струму N змінюється від 1019см -3 у холодної до 6·1019см -3 у гарячої граней за законом (13) 23851 19 (11) 2 N (1 .2 + 2. 5 × x + 6 .3 × x ) × 10 = для віток р-типу провідності за умов, що похибка реалізації цих залежностей не перевищує 20%. Відповідність критерію "новизна" запропонованим віткам для термоелементів забезпечує та обставина, що в існуючому на момент подання заявки рівні техніки відсутній об'єкт, який співпадає за сукупністю ознак з об'єктом, що заявляється. З існуючого рівня техніки також не слідує можливість підвищення ККД генераторних модулів шляхом застосування віток із функціонально-градієнтних матеріалів на основі Ві-Te-Se-Sb. До такого висно UA 19 (19) 2 N= (1 .1 + 0 .2 × x + 4 .6 × x ) × 10 ( x = x / l - безрозмірна координата вздовж висоти вітки l) для віток nтипу провідності та від 1019см -3 у холодної до 1020см -3 у гарячої граней за законом U N=(1,1+0,2·х+4,6·х2)·1019 ( x = x / l - безрозмірна координата вздовж висоти гілки l ) для гілок nтипу провідності та від 1019 см -3 біля холодної до 1020 см -3 біля гарячої граней за законом N=(1,2+2,5·х+6,3·х2)·1019 для гілок p-типу провідності за умов, що похибка реалізації цих залежностей не перевищує 20 %. 3 23851 вку нас привів результат великого об'єму теоретико-фізичних досліджень. Ця обставина забезпечує запропонованому рішенню відповідність критерію "винахідницький рівень". Промислове застосування запропонованих віток термоелементів не вимагає спеціальних технологій та прийомів. Їх виготовлення можливе на існуючих підприємствах електронної промисловості. На фіг. представлено графіки оптимальних розподілів концентрації носіїв струму Nn, Np вздовж довжини l віток n- і p- типу провідності, відповідно, які необхідно реалізувати у заявлених вітках з функціонально-градієнтних матеріалів на основі Bi-Te-Se-Sb. Такі функції неоднорідності матеріалу були нами отримані шляхом застосування комп'ютерних методів, що базуються на теорії оптимального керування [4]. Проведені нами розрахунки показали, що застосування запропонованих віток з функціонально Комп’ютерна в ерстка Д. Шев ерун 4 градієнтних матеріалів на основі Bi-Te-Se-Sb n- і pтипу провідності дозволяє підвищити значення ККД генераторних модулів в 1.25-1.3 рази порівняно з ККД модуля, виготовленого з однорідних термоелектричних матеріалів на основі Bi-Te-Se-Sb. Література: 1. Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства. Справочник. - Киев: Наукова думка, 1979. - 766с. 2. Охотин А.С., Ефремов А.А., Охотин B.C., Пушкарский А.С. Термоэлектрические генераторы. - М.: Атомиздат, 1971. - 288с. 3. Анатычук Л.И. Термоэлектричество. Т.Н. Термоэлектрические преобразователи энергии. Киев, Черновцы: Институт термоэлектричества, 2003. - 376с. 4. Vikhor L.N. Optimal Function as a New Step of the Thermoelectricity Development // J. of Thermoelectricity. - N4. - 1996. - p.29-37. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601