Эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую принято характеризовать величиной Z, выражение для которой записывается следующим образом:
Z = α²·σ/κ
σ – удельная электропроводность [Ом-1см-1]
α – термо-ЭДС [мкВ/К]
κ – теплопроводность [Вт/(м·К)]
При создании компанией ТЕРМОИНТЕХ термоэлектрического материала повышенной эффективности, применяется запатентованный метод закалки расплава в жидкость. Высокая скорость охлаждения капли расплава и ограниченность ее объема приводит к сильному переохлаждению фронта кристаллизации и созданию условий для образования рентгеноаморфной структуры внутри капли. Наличие аморфизированной структуры становится дополнительным препятствием на пути распространения тепловых фононов, но не оказывает влияния на носители заряда. В результате, это позволяет значительно снизить решеточную составляющую теплопроводности, не снижая электропроводность и, тем самым, увеличить эффективность Z термоэлектрического материала.
Исследования, проведенные компанией ТЕРМОИНТЕХ, с помощью растрового электронного микроскопа LEO 1420 показывают, что применение различных типов охлаждающих жидкостей позволяет изменять скорость охлаждения и, соответственно, регулировать образование рентеноаморфной структуры. На рисунке, сверху, представлены фотографии гранул, полученных при сверхбыстрой закалке жидкого состояния, приводящей к нехарактерной кристаллизации для термоэлектрических материалов с образованием концентрических кругов на поверхности или уникальной формы гранулы.
Внутри таких гранул обнаруживается рентгеноаморфная структура, состоящая из малоразмерных, хаотично закристаллизованных разнонаправленных пластинок термоэлектрического материала.
На рисунках показаны гранулы твердого раствора на основе теллурида висмута , полученного при менее быстрой закалке жидкого состояния. Несмотря на причудливость форм гранул, видно, что кристаллизация не приводит к образованию аморфной структуры в значительном количестве.
С использованием технологии закалки (ЗЖС) в жидкость, удается получать материалы на основе теллуридов висмута, со средней интегральной добротностью в диапазоне температур от +60 до +280 Сº
для Р-типа от 2,0×10-3 до 2,4×10-3 К-1
для N-типа от 1,7×10-3 до 1,9×10-3 К-1
Сравнение температурных зависимостей электрофизических свойств термоэлектрических материалов, полученных закалкой жидкого состояния и по стандартной технологии для N-типа
Сравнение температурных зависимостей электрофизических свойств термоэлектрических материалов, полученных закалкой жидкого состояния и по стандартной технологии для P- типа
Применение термоэлектрических материалов, получаемых по технологии ЗЖС, позволяет получать КПД термоэлектрического преобразования более 6,6 % при работе изделия в штатном температурном режиме.
Делитесь материалом с коллегами, задавайте вопросы.