СВОЙСТВА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Текст научной статьи по специальности «Техника и технологии»

Impact Factor: SJIF 2019 - 5.11

2020 - 5.497

2021 - 5.81

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

176

УДК 551.583

СВОЙСТВА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

МАМЕДОВ ИСРАИЛ МУСА ОГЛЫ

Азербайджанский Государственный Педагогический Университет доктор философии по физике Азербайджан, Баку

Резюме: В статье анализируются особенности термоэлектрических материалов, коэффициента термоэлектрической эффективности и способы их увеличения, области применения, а так же поиску новых, более дешевых термоэлектрических материалов.

Ключевые слова: термопара, термогенераторы, термоэлектрические охладители.

Summary:The article features of thermoelectric materials, coefficient of thermoelectric efficiency and ways of their augmentation, a scope, and as to search of new, cheaper thermoelectric materials are analyzed

Keywords: thermocouple, thermogenerators, thermoelectric coolers

Одной из важных проблем современной науки и техники является термоэлектрическое преобразование энергии. Помимо повышения эффективности термоэлектрических материалов, проводимые в настоящее время исследовательские работы включают также поиск новых, более перспективных материалов. Основой этих научно-исследовательских работ является разработка как низкотемпературных охлаждающих, так и высокотемпературных нагревательных термопар, а также поиск новых типов термопар. Эти материалы можно рассматривать как многокомпонентные полупроводниковые соединения и их твердые растворы с дефектной кристалличностью и сложной зонной структурой. Поскольку эти материалы имеют малый коэффициент теплопередачи, достаточно высокую электропроводность, термо-э.ч.к. есть коэффициент. Изменяя их состав, можно получать материалы с заданными параметрами и высокой термической эффективностью [1]. Известно, что коэффициенты теплового КПД материалов, используемых для создания мощных термогенераторов, должны иметь достаточно высокое значение z= ^((aA2 o)/x). В полупроводниках с широкой зоной проводимости ширина запрещенной зоны мала. Удельная проводимость начинается при незначительном изменении температуры. Одновременное участие электронов и дырок в удельной проводимости приводит к исчезновению термо-э.ч.г. Ширина запрещенной зоны должна удовлетворять условию 8_g >4kT, чтобы не иметь удельной проводимости при оптимальной концентрации добавок для термопары ( [10] A19-[10] A20 [см] a(-3)) . Для термоэлектрических материалов проводимость при высоких температурах невелика, в этом случае малое значение принимает и эффективная масса. Поэтому произведение zT, являющееся анонимным числом, слабее зависит от температуры, чем от z. Эта особенность также была подтверждена в экспериментах. Несмотря на все это, согласно современным теориям, точно определить оптимальное значение КПД не представляется возможным. Это связано с тем, что взаимосвязь между эффективной массой, решеточной теплопроводностью, шириной запрещенной зоны и параметрами рассеяния очень сложна. С середины прошлого века полупроводниковые материалы были открыты и исследованы как термоэлектрические преобразователи энергии. Для современных термопар выполняется условие z T< 1 и этот КПД используется чаще. В настоящее время для преобразования тепловой энергии в электрическую используют в основном соединения Bi2Te3, PbTe и GeSi. Впервые для термоэлектрического охлаждения было использовано соединение Bi2Te3, , а затем твердые растворы полученный на его основе Bi2-xSbxTe3 и Bi2Te3-xSex[2]. Термоэлектрические охладители используются для

ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"

Impact Factor: SJIF 2019 - 5.11

2020 - 5.497

2021 - 5.81

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

177

обеспечения термостабильности характеристик космических приборов специального назначения, датчиков, применяемых в медицине и биологии. Эти устройства отличаются небольшими размерами и локальным воздействием. Термоэлектрические холодильники более экологичны, чем холодильники на основе озонового слоя: работают бесшумно, нет вибрации, не загрязняют атмосферу [3]. Кроме того, термоэлектрические преобразователи энергии обладают следующими преимуществами:

- Он имеет как нагревательные, так и охлаждающие возможности;

- Обладает способностью быстрого охлаждения;

- есть возможность с высокой точностью регулировать температуру и создавать термостатическую среду за счет изменения тока;

- термоэлектрические параметры слабо зависят от влияния внешних факторов;

- Нет необходимости в техническом надзоре.

Применяется при изготовлении холодильных установок, климатических камер, вакуумных ловушек, охлаждении элементов электронных схем с целью термоэлектрического охлаждения на эффекте Пельтье. Термоэлектрический нагрев применяют в производстве невращающихся нагревателей, термостатов, миниатюрных ТЭНов с малой тепловой инерцией. Но следует учитывать, что холодильные установки на эффекте Пельтье достаточно дороги. Это связано с тем, что технологические операции, проводимые с полупроводниками и используемой для этого теллуровой составляющей материалов, достаточно дороги. По этой причине охладители на основе соединения Bi2Te3 и его твердых растворов не получили широкого распространения. Но элементы и устройства, созданные на основе этого эффекта, используются как очень эффективное средство для поддержания стабильных температур интегральных схем электронных устройств [4].Поиск новых и более дешевых термоэлектрических материалов с простой технологией изготовления для обеспечения эффективного решения проблемы некоторые вопросы является одной из актуальных проблем современности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Panken W. A., Koeng D. R.: Baseline design of the thermoelectric reactor spase power system. Proc. 14th Intersoc. Energy Conv. Eng. Conf. Vol.2, 1979, pp.1425-1431

2. Айвазов А.А., Анухин А.И., Мазина А.И., Бабошко Н.А. Термоэлектрические свойства твердых растворов Bi1,6Sb0,4Te3. Неорганические материалы, 1991, т.27, №5 с.922-928.

3. Goldsmid H.J. and Douglas R.W. The use of semiconductors in thermoelectric refrigeration. British Journal of Applied Physics, vol.5, London 1954, pp.386-390

4. М.К.Житинская, С.А. Немов, Т.Е. Свечникова, Л.Н. Лукьянова, П.П. Константинов, В. А. Кутасов Теплопроводность Bi2Te3: Sn и влияние на нее дополнительного легирования атомами Pb и I. Физика твердого тела, 2003, том 45, вып.7 c.1193-1196

ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"