Учёные НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из РАН, МГУ им. М.В. Ломоносова, ЮУрГУ и Национального института материаловедения (Япония) разработали методику получения перспективных термоэлектрических материалов на основе оксиселенидов BiCuSeO (висмут-медь-селен-кислород). Это позволит создавать такие материалы значительно быстрее и без потери качества. Статья об исследовании опубликована в журнале Journal of Alloys and Compounds.
Термоэлектрические материалы (термоэлектрики) — это сплавы металлов или химические соединения, которые способны напрямую преобразовывать тепловую энергию в электрическую и наоборот. Они эффективны для твёрдотельного охлаждения и утилизации отработанного тепла, а также для генерации электроэнергии в глубоком космосе. Традиционные методы получения термоэлектриков (в том числе, BiCuSeO) довольно сложны в реализации на производствах, создание материалов обычно занимает не менее недели. Однако сопоставимый по свойствам материал можно получить примерно за 10 часов реакционным искровым плазменным спеканием (РИПС). Именно этот метод применили авторы исследования.
— Исходная смесь реагентов засыпается в графитовую пресс-форму, которая затем помещается в камеру установки искрового плазменного спекания, где под давлением 50 МПа в атмосфере аргона нагревается до 700 градусов Цельсия за счет пропускания импульсного тока, — рассказал РИА Новости соавтор исследования, сотрудник НИТУ «МИСиС» Андрей Новицкий.
По его словам, на выходе получается готовый к дальнейшей обработке объёмный материал — полуфабрикат, который можно использовать для создания рабочего тела термоэлектрического генератора.
— Первоочередный практический эффект исследования: можно использовать данную методику синтеза для получения среднетемпературных термоэлектрических материалов в индустриальных масштабах. Её применение в производстве термоэлектрических материалов позволит значительно сократить временные и энергетические затраты, при этом сохранив объем и качество продукта, — сообщил Андрей Новицкий.
Хотя исследователям удалось показать принципиальную возможность получения материала на основе BiCuSeO методом РИПС, у них остался ряд вопросов, которые необходимо решить до масштабирования и испытания методики на производственных мощностях.
В будущем учёные планируют изучить механизм фазообразования синтезируемых соединений в зависимости от исходных компонентов, установить влияние параметров спекания (скорость нагрева, время выдержки) на электрофизические свойства продукта, а также исследовать влияние предварительной механоактивации исходных компонентов на протекание процесса и свойства получаемого материала.