Способ получения термоэлектрического материала


 


Владельцы патента RU 2568414:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (RU)

Использование: для изготовления термоэлектрических материалов (ТЭМ), применяемых в термоэлектрических устройствах (ТЭУ). Сущность изобретения заключается в том, что способ включает синтез твердых растворов, гомогенизацию отжигом исходного материала, запаянного в ампулу, причем синтез халькогенида меди производят выдержкой при температуре на 30-50°С выше температуры его плавления, а гомогенизацию осуществляют отжигом халькогенида меди при температуре 600-800°С, после чего халькогенид меди подвергают воздействию облучения высокоэнергетичными электронами со средней энергией электронов 7-9 МэВ в диапазоне доз 1.2·1016-3.2·1018 эл/см2 при комнатной температуре, затем вновь осуществляют отжиг при температуре 400-600°С. Технический результат: обеспечение возможности упрощения технологии изготовления и улучшения термоэлектрических характеристик материала на основе халькогенидов меди. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области технологии приборостроения, используется для преобразования тепловой энергии в электрическую, в частности, при изготовлении термоэлектрических материалов (ТЭМ), применяемых в термоэлектрических устройствах (ТЭУ).

Известен способ получения ТЭМ на основе теллурида висмута, при котором для повышения добротности материала, связанный с созданием термоэлектрических веществ монокристалл теллурида висмута подвергают воздействию гидростатического давления [см. А.С. СССР №882361, MПК9 H01L 35/16, опубл. 30.04.91].

Недостатками прототипа являются сложность применения и низкая технологичность при изготовлении ТЭМ.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения ТЭМ на основе теллурида висмута, включающий синтез твердых растворов, гомогенизацию отжигом исходного материала, запаянного в ампулу [см. А.С. №2470414, МПК9 H01L 35/34, опубл. 20.12.12].

Недостатками прототипа являются сложность технологического процесса и трудоемкость при изготовлении ТЭМ.

Задачей предлагаемого технического решения является упрощение технологии изготовления и улучшение термоэлектрических характеристик материала на основе халькогенидов меди.

Решение технического результата достигается тем, что в способе получения термоэлектрического материала, включающем синтез твердых растворов, гомогенизацию отжигом исходного материала, запаянного в ампулу, согласно изобретению синтез халькогенида меди производят выдержкой при температуре на 30-50°С выше температуры его плавления, а гомогенизацию осуществляют отжигом халькогенида меди при температуре 600-800°С, после чего халькогенид меди подвергают воздействию облучения высокоэнергетичными электронами со средней энергией электронов 7-9 МэВ в диапазоне доз 1.2·1016-3.2·1018 эл/см2 при комнатной температуре, затем вновь осуществляют отжиг при температуре 400-600°С.

В качестве халькогенидов меди используют теллурид меди.

В качестве халькогенидов меди используют селенид меди.

В качестве халькогенидов меди используют сульфид меди.

Данный способ получения термоэлектрического материала позволит упростить технологию изготовления и улучшить термоэлектрические характеристики материала, тем самым повысить его добротность.

Сущность изобретения поясняется таблицами сравнительных характеристик материалов (значение добротности материалов приведено в относительных единицах - отношение добротности после и до воздействия облучения при различных температурах отжига).

Способ осуществляют следующим образом.

Способ получения термоэлектрического материала на основе халькогенида меди включал синтез твердого раствора с плавлением взятых в стехиометрическом соотношении исходных компонентов: меди и халкогена в запаянных ампулах. Запаянную ампулу помещали в печь и нагревали до температуры, превышающей температуру плавления синтезируемого соединения на 30-50°С.

Подъем температуры проводили медленно, с выдержкой около часа (50-60 с) при температурах начала реакции между исходными компонентами. При синтезе сульфида меди выдержку производили при температуре 170-180°С, селенида меди - 350-390°С, теллурида меди - 450-460°С. После синтеза осуществляли гомогенизацию отжигом в запаянных ампулах при температуре 600-800°С в течение 7-9 часов.

Полученные образцы халькогенидов меди подвергали воздействию высокоэнергетичными электронами на ускорителе со средней энергией электронов 7-9 МэВ. Дозы облучения меняли в диапазоне доз 1.2·1016-3.2·1018 эл/см2. Контроль параметров образцов проводили до воздействия облучения и после обработки высокоэнергетичными электронами. Температура при облучении не превышала комнатной, что достигалось постоянным обдувом образцов воздухом. Для стабилизации параметров исследуемых образцов вновь проводили высокотемпературный отжиг при 400-600°С, результаты экспериментов представлены в таблице.

При воздействии на образцы халькогенидов меди дозами высокоэнергетичных электронов менее 1.2·1016 эл/см2 и более 3.2·1018 эл/см2 и температур отжига менее 400°С и более 600°С термоэлектрические характеристики материала ухудшаются и, следовательно, снижается добротность (см. таблицу).

Оптимальным является воздействие облучение исходного материала высокоэнергетичными электронами при дозе 1·1017 эл/см2 и температуре отжига 500°С.

Использование предлагаемого технического решения позволит по сравнению с прототипом улучшить технологичность и увеличить добротность халькогенидов меди, что может быть использовано при создании эффективных ТЭУ. Влияние облучения высокоэнергетичными электронами на добротность халькогенидов меди позволит управлять свойствами материалов халькогенидов меди.

Таблица
Сравнительные характеристики халькогенида меди
«Способ получения термоэлектрического материала»
Температура отжига (°С) 400
Доза облучения (эл/см2) 1,1·1016 1,2·1016 1,3·1016 1·1017 3·1018 3,2·1018 3,3·1018
Добротность материала 1,0 1,05 1,1 1,2 1,05 1,05 1,0
Температура отжига (°С) 500
Доза облучения (эл/см2) 1,1·1016 1,2·1016 1,3·1016 1·1017 3·1018 3,2·1018 3,3·1018
Добротность материала 1,0 1,1 1,15 1,4 1,14 1,1 1,0
Температура отжига (°C) 600
Доза облучения (эл/см2) 1,1·1016 1,2·1016 1,3·1016 1·1017 3·1018 3,2·1018 3,3·1018
Добротность материала 1,0 1,0 1,1 1,15 1,1 1,0 1,0

1. Способ получения термоэлектрического материала на основе халькогенидов, включающий синтез твердых растворов, гомогенизацию отжигом исходного материала, запаянного в ампулу, отличающийся тем, что синтез исходного материала, в качестве которого используют халькогенид меди, производят выдержкой при температуре на 30-50°С выше температуры его плавления, а гомогенизацию осуществляют отжигом халькогенида меди при температуре 600-800°С, после чего халькогенид меди подвергают воздействию облучения высокоэнергетичными электронами со средней энергией электронов 7-9 МэВ в диапазоне доз 1.2·1016-3.2·1018 эл/см2 при комнатной температуре, затем вновь осуществляют отжиг при температуре 400-600°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве халькогенидов меди используют теллурид меди.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве халькогенидов меди используют селенид меди.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве халькогенидов меди используют сульфид меди.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к наноструктурному термоэлектрическому материалу. Материал содержит теллурид сурьмы в виде тройного твердого раствора состава ВixSb2-xТе3, где х имеет значения от 0,4 до 0,5, и дисперсный наполнитель, выполненый из ультрадисперсного алмаза со средним размером частиц от 3 до 5 нм.
Изобретение относится к способам получения термоэлектрических материалов на основе теллурида висмута с легирующими добавками, используемых в устройствах термоэлектрического генерирования энергии.

Изобретение относится к области наноструктурированных и нанокомпозитных материалов. .

Изобретение относится к полупроводниковой технике, более конкретно к полупроводниковым изделиям из кристаллических материалов с определенной структурой, предназначенным для термоэлектрических устройств, основанных на эффектах.

Изобретение относится к области термоэлектрического преобразования энергии, в частности к изготовлению термоэлектрических материалов (ТЭМ) n-типа проводимости, используемых в термоэлектрических устройствах (ТЭУ).

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к полупроводниковым изделиям для термоэлектрических устройств и термоэлектрическим устройствам и может быть использовано в термоэлектрических приборах, основанных на эффектах Пельтье и Зеебека.
Наверх