Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относится к области технологии приборостроения, используется для преобразования тепловой энергии в электрическую, в частности, при изготовлении термоэлектрических материалов (ТЭМ), применяемых в термоэлектрических устройствах (ТЭУ).

Известен способ получения ТЭМ на основе теллурида висмута, при котором для повышения добротности материала, связанный с созданием термоэлектрических веществ монокристалл теллурида висмута подвергают воздействию гидростатического давления [см. А.С. СССР №882361, MПК⁹ H01L 35/16, опубл. 30.04.91].

Недостатками прототипа являются сложность применения и низкая технологичность при изготовлении ТЭМ.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения ТЭМ на основе теллурида висмута, включающий синтез твердых растворов, гомогенизацию отжигом исходного материала, запаянного в ампулу [см. А.С. №2470414, МПК⁹ H01L 35/34, опубл. 20.12.12].

Недостатками прототипа являются сложность технологического процесса и трудоемкость при изготовлении ТЭМ.

Задачей предлагаемого технического решения является упрощение технологии изготовления и улучшение термоэлектрических характеристик материала на основе халькогенидов меди.

Решение технического результата достигается тем, что в способе получения термоэлектрического материала, включающем синтез твердых растворов, гомогенизацию отжигом исходного материала, запаянного в ампулу, согласно изобретению синтез халькогенида меди производят выдержкой при температуре на 30-50°С выше температуры его плавления, а гомогенизацию осуществляют отжигом халькогенида меди при температуре 600-800°С, после чего халькогенид меди подвергают воздействию облучения высокоэнергетичными электронами со средней энергией электронов 7-9 МэВ в диапазоне доз 1.2·10¹⁶-3.2·10¹⁸ эл/см² при комнатной температуре, затем вновь осуществляют отжиг при температуре 400-600°С.

В качестве халькогенидов меди используют теллурид меди.

В качестве халькогенидов меди используют селенид меди.

В качестве халькогенидов меди используют сульфид меди.

Данный способ получения термоэлектрического материала позволит упростить технологию изготовления и улучшить термоэлектрические характеристики материала, тем самым повысить его добротность.

Сущность изобретения поясняется таблицами сравнительных характеристик материалов (значение добротности материалов приведено в относительных единицах - отношение добротности после и до воздействия облучения при различных температурах отжига).

Способ осуществляют следующим образом.

Способ получения термоэлектрического материала на основе халькогенида меди включал синтез твердого раствора с плавлением взятых в стехиометрическом соотношении исходных компонентов: меди и халкогена в запаянных ампулах. Запаянную ампулу помещали в печь и нагревали до температуры, превышающей температуру плавления синтезируемого соединения на 30-50°С.

Подъем температуры проводили медленно, с выдержкой около часа (50-60 с) при температурах начала реакции между исходными компонентами. При синтезе сульфида меди выдержку производили при температуре 170-180°С, селенида меди - 350-390°С, теллурида меди - 450-460°С. После синтеза осуществляли гомогенизацию отжигом в запаянных ампулах при температуре 600-800°С в течение 7-9 часов.

Полученные образцы халькогенидов меди подвергали воздействию высокоэнергетичными электронами на ускорителе со средней энергией электронов 7-9 МэВ. Дозы облучения меняли в диапазоне доз 1.2·10¹⁶-3.2·10¹⁸ эл/см². Контроль параметров образцов проводили до воздействия облучения и после обработки высокоэнергетичными электронами. Температура при облучении не превышала комнатной, что достигалось постоянным обдувом образцов воздухом. Для стабилизации параметров исследуемых образцов вновь проводили высокотемпературный отжиг при 400-600°С, результаты экспериментов представлены в таблице.

При воздействии на образцы халькогенидов меди дозами высокоэнергетичных электронов менее 1.2·10¹⁶ эл/см² и более 3.2·10¹⁸ эл/см² и температур отжига менее 400°С и более 600°С термоэлектрические характеристики материала ухудшаются и, следовательно, снижается добротность (см. таблицу).

Оптимальным является воздействие облучение исходного материала высокоэнергетичными электронами при дозе 1·10¹⁷ эл/см² и температуре отжига 500°С.

Использование предлагаемого технического решения позволит по сравнению с прототипом улучшить технологичность и увеличить добротность халькогенидов меди, что может быть использовано при создании эффективных ТЭУ. Влияние облучения высокоэнергетичными электронами на добротность халькогенидов меди позволит управлять свойствами материалов халькогенидов меди.