Спосіб покращення термоелектричної добротності евтектичного сплаву (snse2)0.55(tlbise2)0.45

Реферат: Спосіб покращення термоелектричної добротності евтектичного сплаву (SnSe2)0,55(TlBiSe2)0,45 включає розплавляють у вакуумованій ампулі синтезований зразок та загартовують у льодяній воді. UA 101909 U (12) UA 101909 U UA 101909 U 5 10 15 20 25 Корисна модель належить до галузей альтернативної енергетики, неорганічного матеріалознавства та неорганічної хімії, її можна використовувати при виробництві високоефективних середньо температурних термоелектрогенераторів, які дозволяють перетворювати теплову енергію в електричну. Ідентичним за вихідним складом, але відмінним за способом одержання та термоелектричними властивостями є евтектичний сплав складу (SnSe 2)0,55(TlBiSe2)0,45, який реалізується у квазібінарній системі SnSe2-TlBiSe2 [1]. – найближчий аналог. Недоліком найближчого аналога є порівняно невисоке значення термоелектричної добротності, яке знижує його конкурентоспроможність. Задача корисної моделі полягає в способі покращення термоелектричної добротності матеріалу на основі евтектичного сплаву (SnSe2)0,55(TlBiSe2)0,45. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб покращення термоелектричної добротності евтектичного сплаву (SnSe2)0,55(TlBiSe2)0,45, згідно з корисною моделлю, синтезований зразок розплавляють у вакуумованій ампулі та загартовують у льодяній воді. Термоелектрична добротність внаслідок цього зростає на 35 %. Переваги запропонованого способу: технологічна простота реалізації процесу загартування та суттєве покращення термоелектричної добротності матеріалу. Приклад. У роботі [1] одержано евтектичний сплав (SnSe 2)0,55(TlBiSe2)0,45. У вигляді спресованого полікристалічного брикету та проведено порівняння його термоелектричних властивостей з ідентичною за складом, але отриманою у вигляді однорідної спрямовано закристалізованої евтектичної композиції [2]. Встановлено, що спресований полікристалічний зразок мав на 30 % вищу термоелектричну добротність, ніж однорідна композиція [1]. Це пояснювалось аналогічно до роботи [3], в якій відзначено, що завдяки значнішому розсіюванню теплових фононів на границях подрібнених кристалітів, полікристали мають меншу теплопровідність і, як наслідок, вищу термоелектричну добротність порівняно з однорідними зразками ідентичного складу. Такий результат не суперечить класичним уявленням [4], адже термоелектрична добротність матеріалу ( Z T ) обернена до його теплопровідності (  ): ZT  30 35 40 45 50 55 P ,  де Р - фактор термоелектричної потужності, Вт/(м  К );  - питома теплопровідність, Вт/м  К. Отже, одним із можливих шляхів покращення термоелектричної добротності сплавів є одержання їх у дрібнокристалічному вигляді. У роботі [5] показано, що загартуванням в льодяній воді розплаву індивідуальної сполуки Tl9BiSe6 вдалося отримати на її основі зразок, який мав на 53 % вище значення термоелектричної добротності порівняно з крупнокристалічним аналогом. Виходячи із викладеного вище, було використано новий підхід в отриманні термоелектричного матеріалу на основі евтектичного сплаву (SnSe2)0,55(TlBiSe2)0,45. Спочатку зазначений зразок синтезували за традиційною методикою, описаною в [1]. Вихідні компоненти (SnSe2 і TlBiSe2) стехіометричного співвідношення поміщали у кварцову ампулу, яку вакуумували до 0,13 Па та нагрівали в печі опору до максимальної температури 1053 К. Витримавши розплав при цих умовах 2 доби, здійснювали його повільне охолодження в два етапи: спочатку зі швидкістю 50 К/годину до температури відпалу (423 К), при якій гомогенізували зразок протягом 12 діб, а потім до кімнатної температури в режимі виключеної печі. Потім отриманий сплав піддавали додатковій термічній обробці: нагрівали зі швидкістю 100 К/год. до температури, що перевищувала плавлення евтектики на 50 К (780 К), витримували декілька годин і загартовували в льодяній воді. Ідентифікацію отриманого зразка здійснювали методом диференційного термічного аналізу (ДТА). Крива нагрівання на термограмі характеризувалася одним чітким ендотермічним ефектом при температурі 723±5 К, що відповідає сплаву евтектичного складу (SnSe2)0,55(TlBiSe2)0,45 [1,2]. Зазначений матеріал отримували у вигляді полікристалічного брикету, внаслідок подрібнення сплаву в порошок та наступного його пресування у формі циліндра (розмірами d=9,0 мм, l=5,0 мм). Термоелектричні властивості досліджували у температурному інтервалі 300-600 К методом Хармана, який використовувався в [1, 2, 5]. Порівняння температурної залежності термоелектричної добротності трьох зразків однакового вихідного складу (SnSe2)0,55(TlBiSe2)0,45 (евтектичної композиції [2], пресованого полікристалу [1] та загартованого в льодяній воді розплаву [дана робота]) наведено на кресленні. Відзначимо, що матеріал на основі загартованого в льодяній воді розплаву евтектики (SnSe2)0,55(TlBiSe2)0,45 в усьому дослідженому температурному інтервалі перевищує за 2 1 UA 101909 U величиною термоелектричної добротності аналогічні за вихідним складом, але отримані альтернативними способами зразки. Максимальне значення термоелектричної добротності -3 -1 ( Z T max ) загартованого в льодяній воді розплаву складало 2,63  10  К при 544 К, що суттєво перевищує відповідні показники пресованого полікристалу (1,95  10  К -3 -1 спрямовано закристалізованої композиції (1,52  10  К при 564 К) (табл.). -3 5 -1 при 536 К) та Таблиця Різні зразки евтектики (SnSe2)0,55(TlBiSe2)0,45 загартований у льодяній воді розплав [дана робота] пресований полікристал [1] евтектична композиція [2] 10 15 20 25 30 35 ZT max  10-3  К-1 2,63 (544 К) 1,95 (536 К) 1,52 (564 К) Наведені результати, на прикладі зразка складу (SnSe2)0,55(TlBiSe2)0,45, наглядно демонструють можливість простим технологічним способом оптимізувати термоелектричні властивості евтектичних сплавів. Застосування запропонованого способу одержання полікристалічного матеріалу на основі евтектичного сплаву (SnSe2)0,55(TlBiSe2)0,45 суттєво підвищує його ефективність за термоелектричними характеристиками. Зростає конкурентоспроможність зразків зазначеного складу при їх можливому використанні в ролі робочих елементів термоелектрогенераторів. Корисна модель може бути використана для генерації електроенергії з відпрацьованого тепла металургійних комбінатів, підприємств хімічної промисловості, АЕС, ТЕС, двигунів внутрішнього згорання тощо. Джерела інформації: 1. Пат. 91278 Україна, МПК С01В 19/00, H01L 35/16. Спосіб підвищення термоелектричної ефективності евтектичного сплаву системи SnSe2-TlBiSe2 / Козьма А.А., Переш Є.Ю., Барчій І.С, Беца В.В., Цигика В.В., Сабов М.Ю.; заявник і патентовласник ДВНЗ "УжНУ". - № u 201401265; заявл. 10.02.2014; опубл. 25.06.2014, Бюл. №12. - прототип. 2. Пат. 94673 Україна, МПК H01L 35/14. Термоелектричний матеріал / Козьма А.А., Переш Є.Ю., Барчій І.С, Сабов М.Ю., Цигика В.В., Беца В.В., Галаговець І.В.; заявник і патентовласник ДВНЗ "УжНУ". - № а 201004972; заявл. 26.04.2010; опубл. 25.05.2011, Бюл. №10. 3. Гольцман Б.М., Саркисян В.Ш., Стильбанс Л.С., Шлыков В.В. Исследование влияния пор и границ зерен на электропроводность и теплопроводность термоэлектрических материалов // Изв. АН СССР. Неорг. матер.-1969. - Т.5, №2. - С. 283-286. 4. Шевельков А.В. Химические аспекты создания термоэлектрических материалов // Успехи химии.-2008. - Т.77, №1. - С. 3-21. 5. Пат. 79434 Україна, МПК С01В 19/00, C21D 1/60, H01L 35/16. Спосіб підвищення термоелектричної ефективності матеріалу на основі сполуки нонаталій (І) гексаселенобісмутиту Tl9BiSe6 / Козьма А.А., Барчій І.Є., Переш Є.Ю.; заявник і патентовласник ДВНЗ "УжНУ". - № u 201211073; заявл. 24.09.2012; опубл. 25.04.2013, Бюл. № 8. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Спосіб покращення термоелектричної добротності евтектичного сплаву (SnSe2)0,55(TlBiSe2)0,45, який відрізняється тим, що синтезований зразок розплавляють у вакуумованій ампулі та загартовують у льодяній воді, а його термоелектрична добротність внаслідок цього зростає на 35 %. 2 UA 101909 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3