Сотрудники Северо-Западного и Мичиганского университетов получили материал с очень высокой термоэлектрической эффективностью

Одной из основных областей применения термоэлектрических материалов, как следует из их обозначения, — преобразование тепловой энергии в электрическую.

Этот процесс и характеризуется упомянутым выше параметром—эффективностьюZ,равнойS²•σ/k(на практике, заметим, чаще используют безразмерную величинуZT,произведениеZна рабочую температуру). ЗдесьS—коэффициент термоэдс,σ—удельная электропроводность, аk—удельная теплопроводность.

Несложно понять, что увеличениеZTтребует снижения удельной теплопроводности, и способ решения задачи известен: необходимо создать материал с наноразмерными включениями. К сожалению, это ведёт крассеянию носителей заряда и уменьшению их подвижности, что отрицательно сказывается на электропроводности, снижать которую невыгодно.

Авторам удалось обойти эти ограничения, включив нанокристаллы теллурида стронция SrTe в матрицу из теллурида свинца PbTe, легированную теллуридом натрия Na₂Te.

PbTeи SrTe имеют схожие структуру и постоянную решётки (6,453 и 6,660Å),и при выравнивании решёток проблема рассеяния носителей решается.«На основе нашего материала можно создать недорогое устройство и соединить его с чем-нибудь вроде лампочки,—размышляет один из авторов Винаяк Дравид (Vinayak Dravid).—Тогда часть отдаваемого тепла— 10–15процентов—будет преобразовываться в электричество».

Измеренные величиныZTпри разных концентрациях SrTe (иллюстрация из журнала Nature Chemistry).

В экспериментах величинаZTподнималась до 1,7 при 815 К. Это очень высокий показатель (для систем p-типа—рекордный), но на практике, как считается, понадобятся ещё большие значенияZT,приближенные к 3,0.

Полная версия отчёта будет опубликована в журнале Nature Chemistry; текст статьи можно скачатьотсюда.

Подготовлено по материаламСеверо-Западного университета.

Источник