Спосіб отримання термоелектричного композита із провідними каналами

Реферат: Спосіб отримання термоелектричного композита із провідними каналами належить до технології напівпровідникових матеріалів і може бути використаний у термоелектриці. У пропонованому винаході отримують композитний матеріал формуванням поверхні частинок композита із додаткових провідних металічних каналів. Останнє зумовлює збільшення величини питомої електропровідності (а) і зменшення теплопровідності (х), а також зростання 2 термоелектричної добротності Z (Z=S σ/χ, де S - коефіцієнт Зеєбека). UA 114890 C2 (12) UA 114890 C2 UA 114890 C2 Винахід належить до технології напівпровідникових матеріалів і може бути використаний у термоелектриці. Ефективність термоелектричних матеріалів визначається добротністю (Z): S 2  , де S - коефіцієнт Зеєбека,  - електропровідність,  - теплопровідність. Таким чином, для підвищення термоелектричної ефективності матеріалів необхідною умовою є модифікація їх характеристик, що дозволить змінити фононну та електронну структури для пониження теплопровідності (χ) та збільшення коефіцієнта Зеєбека (S) і питомої електропровідності (σ). Використовують два шляхи для покращення термоелектричної добротності Z: перехід до матеріалів із пониженою розмірністю (2D-, 1D- та 0D-структури), або ж створення нових композитних матеріалів [Y. Ма, R. Heijl, A.E. Palmqvist. Composite thermoelectric materials with embedded nanoparticles // J. Mater. Sci. (2013) 48: 2767-2778]. Однак, пропоновані технології не забезпечують оптимальні значення термоелектричної добротності, тому їх практичне застосування на даний час економічно невигідне. Прототипом до запропонованого винаходу є стратегія збільшення термоелектричної добротності, яка полягає у синтезі матеріалу сполуки із вихідних елементів, його подрібнення та компактування і подальшого формування композита із різними розмірами зерен [ZhaoL.D., Zhang B.P., Liu W.S., Li J.F. Appl.Phys., 105, P. 023704 (2009)]. Недоліком методу є те, що отримані таким чином композити не мають достатньо високі значення термоелектричних параметрів через низьку електричну провідність (σ) і значну теплопровідність (). В основу винаходу поставлена задача запропонувати спосіб, який би забезпечував отримання матеріалу із значно покращеними термоелектричними характеристиками: високою електропровідністю (σ) і низькою теплопровідністю (). Поставлена задача вирішується тим, що cпосіб отримання термоелектричного композита із провідними каналами, який полягає у тому, що синтезують матеріал сполуки із вихідних елементів, потім його подрібнюють і компактують із подальшим формуванням композита із різними розмірами зерен, згідно з винаходом, перед компактуванням композита із різними розмірами зерен, відібрані зерна перемішують із наперед підготовленими наночастинками для формування металічних каналів із нанорозмірних частинок, використовуючи гідротермальний метод або суспензії. Ідея винаходу полягає у додатковому збільшенні величини електропровідності (σ) через формування на поверхні зерен композита додаткового провідного шару (каналу). Таким чином, електрони провідності рухатимуться уже не через самі макроскопічні зерна композита, а через провідні канали на їх поверхні (Фіг. 1). Це зменшує електричний опір, що призводить до зростання питомої електропровідності (σ). Рух же фононів здійснюється через об'єм всієї структури (композита), що паралельно зумовлює додаткове їх розсіювання та зменшення теплопровідності (). Спосіб отримання композитного матеріалу із провідними каналами реалізується наступним чином. Наперед синтезований злиток матеріалу подрібнюють на окремі фракції із наступним формуванням на поверхні частинок композита провідних металічних каналів, використовуючи гідротермальний метод або суспензії. Варіанти формування саме наноканалів є наступний: після процесу подрібнення та відбору композита із різними зернами, але перед їх компактуванням, відібрані зерна композитних матеріалів перемішують із наперед підготовленими наночастинками до повного покриття ними відібраних зерен композита та з наступним висушуванням зв'язуючої речовини – розчину, у якому перебували наночастинки з гідротермальним способом або суспензією. Таким чином, навколо частинок композита, які мають макроскопічні розміри (близько кількох мікрометрів), утворюється шар нанесених наночастинок, які створюють ще більшу кількість розділів меж, понижуючи таким чином теплопровідність, а також покращують електричну провідність, оскільки електричний струм протікає саме по утворених таким чином наноканалах. Отримані таким чином матеріали компактують методами холодного або гарячого пресування. Фіг. 1. Формування провідних каналів на поверхні частинок композита: 1 - шлях проходження електронів (електричного струму) по провідних каналах; 2 - шлях проходження фононів (тепла) по об'єму композита. Z 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1 UA 114890 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 Спосіб отримання термоелектричного композита із провідними каналами, який полягає у тому, що синтезують матеріал сполуки із вихідних елементів, потім його подрібнюють і компактують із подальшим формуванням композита із різними розмірами зерен, який відрізняється тим, що перед компактуванням композита із різними розмірами зерен, відібрані зерна перемішують із наперед підготовленими наночастинками для формування металічних каналів із нанорозмірних частинок, використовуючи гідротермальний метод або суспензії. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2