Вышедшие номера
Home » Физика твердого тела » Год 2025, выпуск 10 » Статья стр. 1853
<<<>>>
Исследование нанокристаллических и полученных традиционными методами термоэлектрических материалов на основе Bi2Te3-xSex, Bi2-xSbxTe3, PbTe и GeTe
Russian science foundation, 20-19-00494
Штерн Ю.И. 1, Шерченков А.А. 1, Штерн М.Ю. 1, Рогачев М.С. 1, Табачкова Н.Ю. 2
1Национальный исследовательский университет "МИЭТ", Зеленоград, Москва, Россия
2Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС", Москва, Россия
Email: m.s.rogachev88@gmail.com
Поступила в редакцию: 29 октября 2024 г.
В окончательной редакции: 14 октября 2025 г.
Принята к печати: 24 октября 2025 г.
Выставление онлайн: 28 ноября 2025 г.
PDF версия
Изготовлены и исследованы эффективные термоэлектрические материалы на основе Bi2Te3-xSex, Bi2-xSbxTe3, PbTe и GeTe для температур 200-900 K, полученные традиционными методами и с помощью наноструктурирования. Проведен сравнительный анализ основных физических параметров этих материалов, определены температурные зависимости термоэлектрических параметров и термоэлектрической добротности. Установлена взаимосвязь структуры и термоэлектрических параметров в нанокристаллических материалах. При исследовании механизмов теплопереноса показано, что увеличение термоэлектрической добротности в нанокристаллических материалах на 10-21 % определяется снижением фононной теплопроводности. В результате расчета трехсекционного термоэлемента, в структуре которого использованы нанокристаллические термоэлектрические материалы, получено высокое значение КПД, равное 18 % при температурах 300-900 K. Ключевые слова: термоэлектрические материалы, наноструктура, термоэлектрические параметры, механизмы теплопереноса.
  1. X.-L. Shi, J. Zou, Z.-G. Chen. Chem. Rev. 120, 15, 7399 (2020)
  2. P. Ren, Y. Liu, J. He, T. Lv, J. Gao, G. Xu. Inorg. Chem. Front. 5, 10, 2380 (2018)
  3. А.А. Шерченков, Ю.И. Штерн, Р.Е. Миронов, М.Ю. Штерн, М.С. Рогачев. Российские нанотехнологии 10, 11--12, 22 (2015). [A.A. Sherchenkov, Yu.I. Shtern, R.E. Mironov, M.Yu. Shtern, M.S. Rogachev. Nanotechnol. Russia 10, 11--12, 827 (2015).]
  4. S. Ghosh, L. Raman, S. Sridar, W. Li. Crystals 14, 5, 432 (2024)
  5. P. Baskaran, M. Rajasekar. RSC Adv. 14, 30, 21706 (2024)
  6. А.А. Шерченков, Ю.И. Штерн, М.Ю. Штерн, М.С. Рогачев. Российские нанотехнологии 11, 7--8, 13 (2016). [A.A. Sherchenkov, Yu.I. Shtern, M.Yu. Shtern, M.S. Rogachev. Nanotechnol. Russia 11, 7--8, 387 (2016).]
  7. C. Zhao, Z. Li, T. Fan, C. Xiao, Y. Xie. Research 2020, 9652749 (2020)
  8. Z. Wu, S. Zhang, Z. Liu, E. Mu, Z. Hu. Nano Energy 91, 106692 (2022)
  9. R. Freer, A.V. Powell. J. Mater. Chem. C 8, 2, 441 (2020)
  10. M. Maksymuk, B. Dzundza, O. Matkivsky, I. Horichok, R. Shneck, Z. Dashevsky. J. Power Sources 530, 231301 (2022)
  11. T. Parashchuk, A. Shabaldin, O. Cherniushok, P. Konstantinov, I. Horichok, A. Burkov, Z. Dashevsky. Physica B: Condens. Matter. 596, 412397 (2020)
  12. Y. Saberi, S.A. Sajjadi. J. Alloys Compd. 904, 163918 (2022)
  13. J. Mao, Z. Liu, J. Zhou, H. Zhu, Q. Zhang, G. Chen, Z. Ren. Adv. Phys. 67, 2, 69 (2018)
  14. A. Bharwdaj, K.S. Jat, S. Patnaik, Yu.N. Parkhomenko, Y. Nishino, V.V. Khovaylo. Nanotechnol. Russia 14, 7--8, 281 (2019)
  15. B. Cai, H. Hu, H.-L. Zhuang, J.-F. Li. J. Alloys Compd. 806, 471 (2019)
  16. Z. Dashevsky, I. Horichok, M. Maksymuk, A.R. Muchtar, B. Srinivasan, T. Mori. J. Am. Ceram. Soc. 105, 6, 4500 (2022)
  17. Y. Shtern, A. Sherchenkov, M. Shtern, M. Rogachev, D. Pepelyaev. Mater. Today Commun. 37, 107083 (2023)
  18. L.-D. Zhao, V.P. Dravid, M.G. Kanatzidis. Energy Environ. Sci. 7, 1, 251 (2014)
  19. G. Tan, L.-D. Zhao, M.G. Kanatzidis. Chem. Rev. 116, 19, 12123 (2016)
  20. D.K. Aswal, R. Basu, A. Singh. Energy Conv. Manag. 114, 50 (2016)
  21. Л.П. Булат, И.А. Драбкин, В.В. Каратаев, В.Б. Освенский, Д.А. Пшенай-Северин. ФТТ 52, 9, 1712 (2010). [L.P. Bulat, I.A. Drabkin, V.V. Karataev, V.B. Osvenskivi, D.A. Pshenavi-Severin. Phys. Solid State 52, 9, 1836 (2010).]
  22. Л.П. Булат, Д.А. Пшенай-Северин, В.Б. Освенский, Ю.Н. Пархоменко. ФТП 51, 6, 729 (2017). [L.P. Bulat, D.A. Pshenay-Severin, V.B. Osvenskii, Yu.N. Parkhomenko. Semiconductors 51, 6, 695 (2017).]
  23. A. Sherchenkov, N. Borgardt, M. Shtern, Y. Zaytseva, Y. Shtern, M. Rogachev, V. Sazonov, A. Yakubov, D. Pepelyaev. Mater. Today Energy 37, 101416 (2023)
  24. М.Ю. Штерн. Изв. вузов. Электроника 27, 6, 695 (2022). [M.Yu. Shtern. Semiconductors 56, 13, 437 (2022).]
  25. M.Yu. Shtern. In: 2019 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus) / Ed. S. Shaposhnikov. IEEE, St. Petersburg, Moscow. (2019)
  26. M.Yu. Shtern, L.I. Matyna, M.S. Rogachev, A.P. Merlyan. In: 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus) / Ed. S. Shaposhnikov. IEEE, St. Petersburg, Moscow. (2021)
  27. M. Shtern, A. Sherchenkov, Y. Shtern, N. Borgardt, M. Rogachev, A. Yakubov, A. Babich, D. Pepelyaev, I. Voloshchuk, Y. Zaytseva, S. Pereverzeva, A. Gerasimenko, D. Potapov, D. Murashko. J. Alloys Compd. 946, 169364 (2023)
  28. T. Hayashi, M. Sekine, J. Suzuki, Y. Horio, H. Takizawa. Mater. Trans. 48, 10, 2724 (2007)
  29. M.Yu. Shtern, M.S. Rogachev, A.A. Sherchenkov, Yu.I. Shtern. Mater. Today: Proceedings 20, 295 (2020)
  30. G.S. Nolas, J. Sharp, H.J. Goldsmid. Thermoelectrics: Basic Principles and New Materials Developments. Springer Berlin Heidelberg, Berlin. (2001). 293 p
  31. L.D. Zhao, H.J. Wu, S.Q. Hao, C.I. Wu, X.Y. Zhou, K. Biswas, J.Q. He, T.P. Hogan, C. Uher, C. Wolverton, V.P. Dravid, M.G. Kanatzidis. Energy Environ. Sci. 6, 11, 3346 (2013)
  32. D.M. Rowe, C.M. Bhandari. Modern thermoelectric. Reston Publishing Company, London. (1983). 157 p
  33. М.С. Рогачев, М.Ю. Штерн, Ю.И. Штерн. Российские нанотехнологии 16, 3, 339 (2021). [M.S. Rogachev, M.Yu. Shtern, Yu.I. Shtern. Nanotechnol. Russia 16, 3, 308 (2021)]
  34. Л.Д. Иванова, Л.И. Петрова, Ю.В. Гранаткина, В.С. Земсков, О.Б. Соколов, С.Я. Скипидаров, Н.И. Дуванков. Неорганические материалы 45, 2, 159 (2009). [L.D. Ivanova, L.I. Petrova, Yu.V. Granatkina, V.S. Zemskov, O.B. Sokolov, S.Ya. Skipidarov, N.I. Duvankov. Inorg. Mater 45, 2, 123 (2009).]
  35. Л.Д. Иванова, Л.И. Петрова, Ю.В. Гранаткина, В.С. Земсков, О.Б. Соколов, С.Я. Скипидаров, В.А. Курганов, В.В. Подбельский. Неорганические материалы 47, 5, 521 (2011). [L.D. Ivanova, L.I. Petrova, Yu.V. Granatkina, V.S. Zemskov, O.B. Sokolov, S.Ya. Skipidarov, V.A. Kurganov, V.V. Podbel'skii. Inorg. Mater 47, 5, 459 (2011).]
  36. М.А. Коржуев, Л.Д. Иванова. Неорганические материалы 42, 7, 789 (2006). [M.A. Korzhuev, L.D. Ivanova. Inorg. Mater 42, 7, 712 (2006).]
  37. K.T. Wojciechowski, T. Parashchuk, B. Wiendlocha, O. Cherniushok, Z. Dashevsky. J. Mater. Chem. C 8, 38, 13270 (2020)
  38. Y. Zheng, Q. Zhang, X. Su, H. Xie, S. Shu, T. Chen, G. Tan, Y. Yan, X. Tang, C. Uher, G.J. Snyder. Adv. Energy Mater. |bf5, 5, 1401391 (2015)
  39. Y. Zheng, G. Tan, Y. Luo, X. Su, Y. Yan, X. Tang. Mater. 10, 6, 617 (2017)
  40. Y. Zheng, H. Xie, S. Shu, Y. Yan, H. Li, X. Tang. J. Electron. Mater. 43, 6, 2017 (2014)
  41. L.-P. Hu, T.-J. Zhu, Y.-G. Wang, H.-H. Xie, Z.-J. Xu, X.-B. Zhao. NPG Asia Mater. 6, 2, e88 (2014)
  42. X. Wang, J. Yu, R. Zhao, B. Zhu, N. Gao, B. Xiang, Y. Yu, K. Zhang, Z. Huang, F. Zu. J. Phys. Chem. Sol. 124, 281 (2019)
  43. Л.Д. Иванова, Л.И. Петрова, Ю.В. Гранаткина, В.С. Земсков, О.Б. Соколов, С.Я. Скипидаров, Н.И. Дуванков. Неорганические материалы 44, 7, 789 (2008). [L.D. Ivanova, L.I. Petrova, Yu.V. Granatkina, V.S. Zemskov, O.B. Sokolov, S.Ya. Skipidarov, N.I. Duvankov. Inorg. Mater 44, 7, 687 (2008).]
  44. M.H. Lee, J.H. Park, S.-D. Park, J.-S. Rhyee, M.-W. Oh. J. Alloys Compd. 786, 515 (2019)
  45. D. Wang, Y. Qin, S. Wang, Y. Qiu, D. Ren, Y. Xiao, L. Zhao. Annalen der Physik 532, 11, 1900421 (2020)
  46. S.N. Girard, J. He, X. Zhou, D. Shoemaker, C.M. Jaworski, C. Uher, V.P. Dravid, J.P. Heremans, M.G. Kanatzidis. J. Am. Chem. Soc. 133, 41, 16588 (2011)
  47. Y. Gelbstein, J. Davidow, S.N. Girard, D.Y. Chung, M. Kanatzidis. Adv. Energy Mater. 3, 6, 815 (2013)
  48. . Qiu, Y. Jin, D. Wang, M. Guan, W. He, S. Peng, R. Liu, X. Gao, L.-D. Zhao. J. Mater. Chem. A 7, 46, 26393 (2019)
  49. Y. Jin, Y. Xiao, D. Wang, Z. Huang, Y. Qiu, L.-D. Zhao. ACS Appl. Energy Mater. 2, 10, 7594 (2019)
  50. S. Perumal, M. Samanta, T. Ghosh, U.S. Shenoy, A.K. Bohra, S. Bhattacharya, A. Singh, U.V. Waghmare, K. Biswas. Joule 3, 10, 2565 (2019)
  51. C. Lee, P. Dharmaiah, D.H. Kim, D.K. Yoon, T.H. Kim, S.H. Song, S.-J. Hong. ACS Appl. Mater. Interfaces 14, 8, 10394 (2022)
  52. L. Xie, H. Qin, J. Zhu, L. Yin, D. Qin, F. Guo, W. Cai, Q. Zhang, J. Sui. Adv. Electron. Mater. 6, 2, 1901178 (2020)
  53. Z. Wang, G. Wang, R. Wang, X. Zhou, Z. Chen, C. Yin, M. Tang, Q. Hu, J. Tang, R. Ang. ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 26, 22401 (2018)
  54. D.-Z. Wang, W.-D. Liu, X.-L. Shi, H. Gao, H. Wu, L.-C. Yin, Y. Zhang, Y. Wang, X. Wu, Q. Liu, Z.-G. Chen. J. Mater. Sci. Technol. 106, 249 (2022)
  55. H.-S. Yen, J.-F. Lin, S.-C. Shi, H.-T. Lin, J.-C. Chiu. Mater. Res. Express 11, 2, 026304 (2024)
  56. H. Mansouri, S.A. Sajjadi, A. Babakhani, Y. Saberi. J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 32, 8, 9858 (2021)
  57. W. Liu, T. Hong, S. Dong, D. Wang, X. Gao, Y. Xiao, L.-D. Zhao. Mater. Today Energy 26, 100983 (2022)
  58. M.Yu. Shtern, M.S. Rogachev, Y.I. Shtern, A.A. Sherchenkov, A.O. Kozlov. In: 2019 International Seminar on Electron Devices Design and Production (SED). IEEE, Prague, Czech Republic. (2019).

Учредители

Издатель

© 2025 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme