| Аннотация |
Поиском материалов с улучшенными термоэлектрическими характеристиками, позволяющими существенно повысить эффективность термоэлектрического преобразования, исследователи занимаются в течение многих десятилетий. Тем не менее, достичь существенного прогресса в этом вопросе пока что не удается, и поиски продолжаются.
В этой связи следует обратить внимание на растущий интерес к изучению термоэлектрических материалов, на свойства которых влияют в том числе магнитные взаимодействия. Внедрение ферромагнитного наполнителя в термоэлектрическую матрицу может существенно влиять на основные термоэлектрические свойства таких композитов и повышать их термоэлектрическую добротность. Несмотря на то, что в большинстве случаев магнитное упорядочение негативно сказывается на термоэлектрических характеристиках материалов за счет эффектов локализации и/или усиления рассеяния электронов на магнитных моментах, в ряде недавних работ был продемонстрирован положительный эффект магнитных взаимодействий на термоэлектрические свойства, т.е. сильное взаимодействие между внешними носителями и магнитными моментами в термоэлектриках может привести к росту коэффициента Зеебека за счет увеличения эффективной массы носителей заряда, что ведет к существенному увеличению термоэлектрического фактора мощности PF = S2σ (S – коэффициент Зеебека, σ – электрическая проводимость). Кроме этого, внедрение наноразмерных магнитоупорядоченных включений в объемную матрицу термоэлектрического материала позволяет эффективно влиять на электронный и фононный транспорт композитов за счет эффектов локализации и фильтрации носителей зарядов, а также увлечения носителей зарядов парамагнонами (paramagnon drag). Применение этого подхода позволило повысить термоэлектрическую добротность ZT скуттерудитов, сплавов Гейслера на основе NiTiSn, селенидов олова, силицидов марганца и теллуридов.
Необходимо, однако, отметить, что физический механизм, предложенный для объяснения увеличения ZT в этих материалах, до конца не выяснен. Прежде всего это обусловлено тем, что в вышеперечисленных работах измерения термоэлектрических свойств проводились в нулевом магнитном поле, что является недостаточным для установления механизма влияния магнитного упорядочения на термоэлектрические свойства этих материалов. Таким образом, измерение термоэлектрических свойств (коэффициент Зеебека, электро- и теплопроводности) подобных материалов в магнитных полях представляет собой актуальную задачу фундаментальной значимости. Необходимо отметить, что исследование влияния магнитных полей на функциональные характеристики термоэлектрических материалов практически отсутствуют в литературе. Учитывая, что в ряде случаев приложение внешнего магнитного поля может существенно (в несколько раз повысить термоэлектрическую добротность ZT, изучение термоэлектрических свойств материалов во внешних магнитных полях является актуальной и значимой с практической точки зрения задачей.
Учитывая научную значимость предложенных исследований и их огромный практический потенциал, в качестве объектов исследования предлагаются следующие материалы: композиты на основе термоэлектриков Bi2Te3, SiGe и магнитоупорядоченных наполнителей (Gd, 3d-переходные металлы); термоэлектрические сплавы Гейслера на основе железа (Fe2VAl, FeVSb, Fe1.5 TiSb).
Полученные результаты будут способствовать развитию теоретических представлений о механизмах влияния магнитного поля на термоэлектрические характеристики композитов с введенными наноразмерными магнитоупорядоченными включениями.
|
