Везде

ОХНМНеорганические материалы Inorganic Materials

  • ISSN (Print) 0002-337X
  • ISSN (Online) 3034-5588

Исследование термического расширения наноструктурированных материалов на основе PbTe и GeTe

Вы можете
Код статьи
S30345588S0002337X25010124-1
DOI
10.7868/S3034558825010124
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Рогачев М.С.
  • Аффилиация: Национальный исследовательский технологический университет “МИСИС”
Том/ Выпуск
Том 61 / Номер выпуска 1–2
Страницы
118-123
Аннотация
Дилатометрическим методом проведены исследования теплового расширения наноструктурированных термоэлектрических материалов (ТЭМ), полученных искровым плазменным спеканием нанодисперсного порошка из синтезированныхPbTe(0.3 мас.%PbI2и 0.3 мас.%Ni)n-типа и GeTe(7.2 мас.%Bi)p-типа. Плотность полученных ТЭМ составила97–98% от плотности синтезированных материалов. Установлено, что термический коэффициент линейного расширения (ТКЛР)PbTeс ростом температуры увеличивается с 20.14 × 10–6К–1при 550 К до 23.07 × 10–6К–1при 900 К. ТКЛРGeTeс ростом температуры падает от 13.94 × 10–6К–1при 550 К до 11.93 × 10–6К–1при 675 К, затем растет до 24.47 × 10–6К–1при 900 К. Проведено сравнение ТКЛР наноструктурированных материалов и материалов, полученных традиционными методами. При температурах от 300 до 750 К значения ТКЛРPbTe и GeTe различаются на 15–40%, что может приводить к разрушению термоэлементов.
Ключевые слова
термоэлементы наноструктурирование термоэлектрические материалы термическое расширение
Дата публикации
17.01.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
32

Библиография

  1. 1. Shi X.L., Zou J., Chen Z.G.Advanced thermoelectric design: from materials and structures to devices // Chem. Rev. 2020. V. 120. № 15. P. 7399–7515. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00026
  2. 2. Sauerschnig P., Jood P., Ohta M.Improved high-temperature material stability and mechanical properties while maintaining a high figure of merit in nanostructured p-type PbTe-based thermoelectric elements // Adv. Mater. Technol. 2023. V. 8. № 5. P. 2201295. https://doi.org/10.1002/admt.202201295
  3. 3. Zhai J., Wang T., Wang H., Su W., Wang X., Chen T., Wang C.Strategies for optimizing the thermoelectricity of PbTe alloys // Chin. Phys.B. 2018.V. 27. № 4. P. 047306. https://doi.org/10.1088/1674-1056/27/4/047306
  4. 4. Штерн М.Ю. Наноструктурированные термоэлектрические материалы для температур 200–1200 К, полученные искровым плазменным спеканием // Изв. вузов. Электроника. 2022. Т. 27. № 6. С.695–706.
  5. 5. Штерн М.Ю., Шерченков А.А., Штерн Ю.И., Рогачев М.С., Бабич А.В.Термоэлектрические свойства и термическая стабильность наноструктурированных термоэлектрических материалов на основе PbTe, GeTe и SiGe // Российские нанотехнологии.2021.Т. 16. № 3.С.399–408. https://doi.org/10.1134/S1992722321030171
  6. 6. Shtern M., Sherchenkov A., Shtern Y., Borgardt N., Rogachev M., Yakubov A., Babich A., Pepelyaev D., Voloshchuk I., Zaytseva Y., Pereverzeva S., Gerasimenko A., Potapov D., Murashko D.Mechanical properties and thermal stability of nanostructured thermoelectric materials on the basis of PbTe and GeTe // J. Alloys Compd. 2023. V. 946. P. 169364-1–169364-16. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.169364
  7. 7. Zheng Y., Tan X.Y., Wan X., Cheng X., Liu Z., Yan Q.Thermal stability and mechanical response of Bi2Te3-based materials for thermoelectric applications // ACS Appl. Energy Mater. 2019. V. 3. № 3.P. 2078–2089. https://doi.org/10.1021/acsaem.9b02093
  8. 8. Male J.P., Hanus R., Snyder G.J., Hermann R.P.Thermal evolution of internal strain in doped PbTe // Chem. Mater. 2021. V. 33. № 12. P. 4765–4772. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c01335
  9. 9. Wang X.K., Veremchuk I., Bobnar M., Zhao J.T., Grin Y.Solid solution Pb1−xEuxTe: constitution and thermoelectric behavior // Inorg. Chem. Front. 2016. V. 3. № 9. P. 1152−1159. https://doi.org/10.1039/c6qi00161k
  10. 10. Yoneda S., Kato M., Ohsugi I.J.Anomalous thermal expansion of Pb–Te system semiconductors // J. Appl. Phys. 2010. V. 107. P. 074901-1–074901-6. https://doi.org/10.1063/1.3361282
  11. 11. Hong M., Zou J., Chen Z.G.Thermoelectric GeTe with diverse degrees of freedom having secured superhigh performance // Adv. Mater. 2019. V. 31. № 14. P. 1807071. https://doi.org/10.1002/adma.201807071
  12. 12. Zhang C., Yan G., Wang Y., Wu X., Hu L., Liu F., Ao W., Cojocaru-Mirédin O., Wuttig M., Snyder G.J., Yu Y.Grain boundary complexions enable a simultaneous optimization of electron and phonon transport leading to high-performance GeTe thermoelectric devices // Adv. Energy Mater. 2023. V. 13. № 3. P. 2203361. https://doi.org/10.1002/aenm.202203361
  13. 13. Wiedemeier H., Siemers P.A.The thermal expansion of GeS and GeTe // Z. Anorg. Allg. Chem. 1977. V. 431. № 1. P.299–304. https://doi.org/10.1002/zaac.19774310134
  14. 14. Bai G., Yu Y., Wu X., Li J., Xie Y., Hu L., Liu F., Wuttig M., Cojocaru-Mirédin O., Zhang C.Boron strengthened GeTe-based alloys for robust thermoelectric devices with high output power density // Adv. Energy Mater. 2021. V. 11. № 37. P. 2102012. https://doi.org/10.1002/aenm.202102012
  15. 15. Minikayev R., Safari F., Katrusiak A., Szuszkiewicz W., Szczerbakow A., Bell A., Elizabieta D., Paszkowicz W.Thermostructural and elastic properties of PbTe and Pb0.884Cd0.116Te: a combined low-temperature and high-pressure X-ray diffraction study of Cd-substitution effects // Crystals. 2021. V. 11. № 9. P. 1063. https://doi.org/10.3390/cryst11091063
  16. 16. Xing T., Song Q., Qiu P., Zhang Q., Xia X., Liao J., Liu R., Huang H., Yang J., Bai S., Ren D., Shi X., Chen L.Superior performance and high service stability for GeTe-based thermoelectric compounds // Natl. Sci. Rev. 2019. V. 6. № 5. P.944–954. https://doi.org/10.1093/nsr/nwz052
  17. 17. Wang L., Li J., Xie Y., Hu L., Liu F., Ao W., Luo J., Zhang C.Tailoring the chemical bonding of GeTe-based alloys by MgB2alloying to simultaneously enhance their mechanical and thermoelectric performance // Mater. Today Phys. 2021. V. 16. P. 100308. https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2020.100308
  18. 18. Li J., Zhao S., Chen J., Han C., Hu L., Liu F., Ao W., Li A., Xie H., Zhang C.Al–Si alloy as a diffusion barrier for GeTe-based thermoelectric legs with high interfacial reliability and mechanical strength // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020.V. 12. № 16.P. 18562–18569. https://doi.org/10.1021/acsami.0c02028
  19. 19. Орешко Е.И., Уткин Д.А., Ерасов В.С., Ляхов А.А.Методы исследования микротвердости материалов (обзор) // Тр. ВИАМ. 2020.Т. 85. № 1.С. 101–117. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-1-101-117
  20. 20. Shtern M.Yu., Matyna L.I., Rogachev M.S., Merlyan A.P.Investigation of the composition and mechanical strength of effective thermoelectric materials // IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (Jan.26–29). Moscow and St. Petersburg. 2021. P. 2481–2484. https://doi.org/10.1109/ElConRus51938.2021.9396337
  21. 21. Hayashi T., Sekine M., Suzuki J., Horio Y., Takizawa H.Thermoelectric and mechanical properties of angular extruded Bi0.4Sb1.6Te3compounds // Mater. Trans. 2007. V. 48. № 10. P. 2724–2728. https://doi.org/10.2320/matertrans.MRA2007114
  22. 22. Shtern Y.I., Rogachev M.S., Bublik V.T., Tarasova I.V., Pozdniakov A.V.The results of thermal expansion investigation for effective thermoelectric materials // Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (Jan.28–31). Moscow. 2019. P. 1932–1936. https://doi.org/10.1109/EIConRus.2019.8656804
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека