ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

В. Т. Бублик

Н. Ю. Табачкова

ОАО «Гиредмет»

И. А. Драбкин

В. В. Каратаев

М. Г. Лаврентьев
В. Б. Освенский

Ю. Н. Пархоменко

А. И. Сорокин

ФГБНУ «Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов»

Г. И. Пивоваров

Исследованы образцы объемного наноструктурированного материала на основе твердого раствора Bi_xSb_1−xTe₃, полученного методом искрового плазменного спекания. Исходные порошки с размером частиц 10—12 нм изготовлены помолом в шаровой мельнице. С помощью методов рентгеновской дифрактометрии, растровой и просвечивающей (в том числе высокого разрешения) электронной микроскопии изучены закономерности изменения тонкой структуры в зависимости от температуры спекания в интервале 250—550 °С. Впервые установлено, что размеры областей когерентного рассеяния не возрастают монотонно с ростом температуры спекания, а при температуре выше 400 °С происходит их измельчение в результате процесса повторной рекристаллизации. Наиболее вероятно, что изменения структуры связаны с перераспределением собственных структурных дефектов вакансионного типа в процессе спекания образцов.

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России (государственный контракт от 31 мая 2011 г. №16.523.11.3002).

Структурные исследования выполнены на оборудовании ЦКП «Материаловедение и металлургия» на базе НИТУ «МИСиС».

1. Poudel, B. High−thermoelectric performance of nanostructured bismuth antimony telluride bulk alloys / B. Poudel, Q. Hao, Y. Ma, X. Y. Lan, A. Minnich, B. Yu, X. Yan, D. Z. Wang, A. Muto, D. Vashaee, X. Y. Chen, J. M. Liu, M. S. Dresselhaus, G. Chen, Z. F. Ren // Science. − 2008. − V. 320, N 5876. − P. 634—638.
2. Fan, S. J. Р−type Bi_0,4Sb_1,6Te₃ nanocomposites with enhanced figure of merit / S. J. Fan, J. Zhao, J. Guo, Q. Yan, J. Ma, H. Hоng // Appl. Phys. − 2010. − V. 96, N 182104. − P. 456—459.
3. Minnich, A. J. Bulk nanostructured thermoelectric materials: current research and future prospects / A. J. Minnich, M. S. Dresselhaus, Z. F. Ren, G. Chen // Energy Environ. Sci. − 2009. − V. 2. − P. 466—479.
4. Lan, Y. Enhancement of thermoelectric figure−of−merit by a bulk nanostructuring approach / Y. Lan, A. J. Minnich, G. Chen, Z. Ren // Adv. Funct. Mater. − 2010. − V. 20, N 3. − P. 357—376.
5. Liu, W. Recent advances in thermoelectric nanocomposities / W. Liu, X. Yan, G. Chen, Z. Ren // Nano Energy. − 2012. − N 1. − Р. 42—56.
6. Zebarjadi, M. Perspectives on thermoelectrics: from fundamentals to device applications / M. Zebarjadi, K. Esfarjani, M. S. Dresselhaus, Z. F. Ren, G. Chen // Energy Environ. Sci. − 2012. − V. 5. − P. 5147—5162.
7. Horio, Y. Materials transaction / Y. Horio, H. Yamashita, T. Hayashi // Ibid. − 2004. − V. 45, N 8. − Р. 2757—2760.
8. Xie, W. Identifying the specific nanostructures responsible for the high thermoelectric performance of (Bi,Sb)₂Te₃ nanocomposites / W. Xie, Q. Zhang, T. M. Tritt, H. J. Kang, S. Zhu, C. M. Brown, Q. Zhangt // Nano Lett. − 2010. − V. 10. − P. 3283—3289.
9. Ma, Y. Enhanced thermoelectric figure−of−merit in p−type nanostructured bismuth antimony tellurium alloys made from elemental chunks / Y. Ma, Q. Hao, B. Poudel, G. Chen, Y. Lan, B. Yu, Z. Ren // Ibid. − 2008. − V. 8, N 8. − P. 2580—2584.
10. Bulat, L. P. On the effective kinetic coefficients of thermoelectric nanocomposites / L. P. Bulat, V. B. Osvensky, G. I. Pivovarov, A. A. Snarskii, E. V. Tatyanin // Proc. 6^th Europ. Conf. on Thermoelectrics. − Paris (France), 2008. − P. 12−1—12−6.
11. Булат, Л. П. О термоэлектрических свойствах объемных наноструктур / Л. П. Булат, И. А. Драбкин, В. Б. Освенский, Г. И. Пивоваров, А. А. Снарский, Е. В. Татьянин // XI Межгосударств. семинар «Термоэлектрики и их применения». − СПб : ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, 2008. − С. 39—43.
12. Булат, Л. П. О термоэлектрических свойствах материалов с нанокристаллической структурой / Л. П. Булат, И. А. Драбкин, В. Б. Освенский, Г. И. Пивоваров // Термоэлектричество. − 2008. − № 4. − С. 27—33.
13. Булат, Л. П. Объемные наноструктурные термоэлектрики на основе теллурида висмута / Л. П. Булат, В. Т. Бублик, И. А. Драбкин, В. В.Каратаев, В. Б. Освенский, Г. И. Пивоваров, Н. Ю. Табачкова // Термоэлектричество. − 2009. − № 3. − С. 70—75.
14. Булат, Л. П. Объемные наноструктурные термоэлектрики / Л. П. Булат, Г. И. Пивоваров, А. А. Снарский // X Межгосударств. семинар «Термоэлектрики и их применения». − СПб : ФТИ им. А.Ф. Иоф фе РАН, 2006. − С. 39—40.
15. Bulat, L. P. Bulk nanostructured polycrystalline p−Bi—Sb—Te thermoelectrics obtained by mechanical activation method with hot pressing / L. P. Bulat, V. T. Bublik, I. A. Drabkin, V. V. Karataev, V. B. Osvenskii, Yu. N. Parkhomenko, G. I. Pivovarov, D. A. Pshenai−Severin, N. Yu. Tabachkova // J. Electronic Mater. − 2010. − V. 39, N 9. − Р. 1650—1653.
16. Булат, Л. П. Энергетическая фильтрация носителей тока в наноструктурированном материале на основе теллурида висмута / Л. П Булат, И. А. Драбкин, В. В. Каратаев, В. Б. Освенский, Г. И. Пивоваров, Ю. Н. Пархоменко, Д. А. Пшенай−Северин, Н. Ю. Табачкова // ФТТ. − 2011. − T. 53, № 1. − С. 29—34.
17. Bulat, L. P. Bulk nanocrystalline thermoelectrics based on Bi—Sb—Te solid solution / L. P. Bulat, D. A. Pshenai−Severin, V. V. Karatayev, V. B. Osvenskii, Yu. N. Parkhomenko, V. Lavrentev, A. Sorokin, V. D. Blank, G. I. Pivovarov, V. T. Bublik, N. Yu. Tabachkova // The delivery of nanoparticles. − Rijeka (Croatia) : INTECH., 2012. − Р. 453—486.
18. Бублик, В. Т. Сопоставление структуры термоэлектрического материала Bi_0,5Sb_1,6Te₃, полученного методами горячего прессования и искрового плазменного спекания / В. Т. Бублик, Д. И. Богомолов, З. М. Дашевский, И. А. Драбкин, В. В. Каратаев, М. Г. Лаврентьев, Г. И. Пивоваров, В. Б. Освенский, А. И. Сорокин, Н. Ю. Табачкова // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. − 2010. − № 2. − С. 61—65.
19. Keawprak, N. Effect of sintering temperature on the thermoelectric properties of pulse discharge sintered (Bi_0,24Sb_0,76)₂Te₃ alloy / N. Keawprak, Z. M. Suna, H. Hashimoto, M. W. Barsoumb // J. Alloys and Compounds. − 2005. − V. 397, N 2. − Р. 236—244.
20. Бублик, В. Т. О возможности сохранения наноструктурного состояния при получении объемного термоэлектрического материала на основе халькогенидов висмута и сурьмы / В. Т. Бублик, Л. П. Булат, В. В. Каратаев, И. И. Марончук, В. Б. Освенский, Г. И. Пивоваров, Д. А. Пшенай−Северин, Н. Ю. Табачкова // Изв. вузов. Физика. − 2010. − Т. 53, № 3/2. − С. 37—41.
21. Драбкин, И. А. Термоэлектрические свойства материала на основе (Bi,Sb)₂Te₃, полученного методом искрового плазменного спекания / И. А. Драбкин, В. В. Каратаев, В. Б. Освенский, Ю. Н. Пархоменко, А. И. Сорокин, Г. И. Пивоваров, В. Т. Бублик, Н. Ю. Табачкова, Л. П. Булат // Известия вузов. Материалы электрон. техники. − 2012. − № 3.
22. Lan, Y. Structure study of bulk nanograined thermoelectric bismuth antimony telluride / Y. Lan, B. Poudel, Y. Ma, M. S. Dresselhaus, G. Chen, Z. Ren // Nano Lett. − 2009. − V. 9, N 4. − P. 1419—1422.