Широкое применение термоэлектричества сдерживается низкой эффективностью термоэлементов, которая в основном определяется термоэлектрической добротностью термоэлектрических материалов (ТЭМ), используемых для их изготовления. В настоящее время основным направлением увеличения добротности является снижение фононной теплопроводности ТЭМ за счет их наноструктурирования. В работе исследован фазовый состав и тонкая структура нанодисперсных порошков ТЭМ с применением просвечивающего электронного микроскопа JEM-2100. Элементный состав исходных компонентов для синтеза ТЭМ, измельченных порошков и объемных наноструктурированных ТЭМ (НТЭМ) определен с помощью растрового электронного микроскопа JSM-6480LV. Разработаны способы и оптимизированы режимы получения нанодисперсных порошков и НТЭМ на основе BiTe, SbTe, PbTe, GeTe и SiGe с рабочими температурами в интервале 200-1200 К. Порошки получены с использованием шаровой планетарной мельницы. Средний размер областей когерентного рассеяния в порошках находится в пределах 12-47 нм. Объемные НТЭМ изготовлены компактированием порошков искровым плазменным спеканием. Показано, что области когерентного рассеяния в объемных образцах увеличиваются по сравнению со структурой порошков в среднем в 2-3 раза и составляют от 20 до 120 нм. В НТЭМ за счет снижения теплопроводности установлено увеличение параметра ZT от 10 до 20 % по сравнению с ТЭМ, получаемыми классическими методами и не имеющими наноструктуры.
1. Current state of thermoelectric material science and the search for new effective materi-als / A. A. Sherchenkov, Yu. I. Shtern, R. E. Mironov et al. // Nanotechnol. Russia. 2015. Vol. 10. Iss. 11-12. P. 827–840. https://doi.org/10.1134/S1995078015060117
2. Cheon S.-Y., Lim H., Jeong J.-W. Applicability of thermoelectric heat pump in a dedi-cated outdoor air system // Energy. 2019. Vol. 173. P. 244–262. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.02.012
3. Goldsmid H. J. Introduction to thermoelectricity. 2nd ed. Berlin; Heidelberg: Springer, 2016. XVIII, 278 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-49256-7
4. Champier D. Thermoelectric generators: A review of applications // Energy Convers. and Management. 2017. Vol. 140. P. 167–181. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.02.070
5. Yang L., Chen Z.-G., Dargusch M. S., Zou J. High performance thermoelectric materials: progress and their applications // Adv. Energy Mater. 2017. Vol. 8. Iss. 6. Art. No. 1701797. https://doi.org/10.1002/aenm.201701797
6. Thermoelectric properties of efficient thermoelectric materials on the basis of bismuth and antimony chalcogenides for multisection thermoelements / M. Shtern, M. Rogachev, Yu. Shtern et al. // Journal of Alloys and Compounds. 2021. Vol. 877. Art. No. 160328. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160328
7. Shi X., Chen L., Uher C. Recent advances in high-performance bulk thermoelectric mate-rials // International Materials Reviews. 2016. Vol. 61. Iss. 6. P. 379–415. https://doi.org/10.1080/09506608.2016.1183075
8. Rogachev M. S., Shtern M. Yu., Shtern Yu. I. Mechanisms of heat transfer in thermoe-lectric materials // Nanotechnol. Russia. 2021. Vol. 16. Iss. 3. P. 308–315. https://doi.org/10.1134/S2635167621030162
9. Mechanically robust BiSbTe alloys with superior thermoelectric performance: A case study of stable hierarchical nanostructured thermoelectric materials / Y. Zheng, Q. Zhang, X. Su et al. // Adv. Energy Mater. 2015. Vol. 5. Iss. 5. Art. No. 1401391. https://doi.org/10.1002/aenm.201401391
10. Enhanced thermoelectric performance of Bi0.46Sb1.54Te3 nanostructured with CdTe / Q. Tao, R. Deng, J. Li et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. Vol. 12. Iss. 23. P. 26330–26341. https://doi.org/10.1021/acsami.0c03225
11. Sherchenkov A. A., Shtern Yu. I., Shtern M. Yu., Rogachev M. S. Prospects of creating efficient thermoelectric materials based on the achievements of nanotechnology // Nanotechnol. Russia. 2016. Vol. 11. Iss. 7-8. P. 387–400. https://doi.org/10.1134/S1995078016040157
12. Thermoelectric properties and thermal stability of nanostructured thermoelectric materials on the basis of PbTe, GeTe, and SiGe / M. Yu. Shtern, A. A. Sherchenkov, Yu. I. Shtern et al. // Nanotechnol. Russia. 2021. Vol. 16. Iss. 3. P. 363–372. https://doi.org/10.1134/S2635167621030174
13. Aswal D. K., Basu R., Singh A. Key issues in development of thermoelectric power generators: High figure-of-merit materials and their highly conducting interfaces with metallic interconnects // Energy Conversion and Management. 2016. Vol. 114. P. 50–67. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.01.065
14. Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. 2-е изд., испр. М.: Физматлит, 2009. 416 с.
15. Shtern M. Yu. Development and application of a research technique to study thermal and electrophysical parameters of thermoelectric materials at temperatures up to 1200 K // 2019 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). St. Petersburg; Moscow: IEEE, 2019. P. 1920–1926. https://doi.org/10.1109/EIConRus.2019.8657108