Влияние высокого давления на термоэлектрические свойства нанокомпозита Bi2Te3C60

1.

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ НА
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
НАНОКОМПОЗИТА Bi2Te3C60
Докладчик
Гаврилов Данил Юрьевич
Студент, группа МЕН-402801
Научный руководитель
к.ф.-м.н., доц. Соколовский Дмитрий Николаевич

2.

Введение
Возможность преобразования тепловой энергии в электрическую
позволяет использовать термоэлектрические материалы в создании
альтернативных источников электроэнергии.
Термоэлектрики в основном представлены селенидами, сульфидами и
теллуридами.
Существует
несколько
способов
повышения
эффективности
термоэлектриков, например наноструктурирование и легирование.
Нанофрагментация позволяет улучшить процессы транспорта заряда в
материале за счёт таких квантовых эффектов как блокирование
фононов и туннелирование носителей заряда через межзёренные
границы. Легирование может производиться полупроводниками,
термоЭДС которых велика, а электронный вклад в теплопроводность
сравнительно мал, например фуллерен C60.
2

3.

Цели и задачи
Целью работы являлось установление особенностей влияния высоких давлений и содержания
фуллерена C60 на термоэлектрические свойства нанокомпозита Bi2Te3/C60.
Для реализации цели сформулированы следующие задачи:
1. Изучить влияние высокого давления на термоЭДС образцов Bi2Te3/C60.
2. Оценить значение относительной теплопроводности Bi2Te3/C60 в диапазоне давлений до 46 ГПа.
3. Измерить барические зависимости электросопротивления Bi2Te3/C60 в диапазоне давлений до
30 ГПа.
4. Провести сравнительный анализ результатов исследований термоэлектрических характеристик
образцов Bi2Te3/C60.
3

4.

Исследуемые образцы
Исследованы три образца:
Bi2Te3,
Bi2Te3 /С60(0,6%),
Bi2Te3 /С60 (1,5%),
Средний
размер
наночастиц
термоэлектрика, покрытых молекулярным
слоем C60, составляет 30 нм.
Образцы изготовлены в ГНЦ РФ ТИСНУМ,
г. Москва, г. Троицк
Наночастица
теллурида
висмута
покрытая молекулярным слоем C60 [1]
Bi2Te3,
[1] Kulbachinskii V. A., Kytin V. G., Blank V. D., Buga S. G., and Popov M. Yu. Semiconductors – 2011 – Vol. 45, No. 9, pp. 1194–
1198.
4

5.

Методика проведения измерений
Давление менялось в пределах от 4 до 50 ГПа через
интервалы в 2 ГПа. Давление передавалось при
помощи пресса.
Образцы выдерживались некоторое время перед тем,
как провести измерение на каждом этапе увеличения
давления.
Использована камера высокого давления с двумя
наковальнями, изготовленными из синтетических
поликристаллических алмазов типа «карбонадо».
1 - синтетические
алмазы,
2- бронзовые
обоймы,
3 - стаканы из
изолирующего
материала,
4 - электрические
выводы от
наковален,
5 – вкладыши,
6 - цилиндр
5

6.

Результаты
Барические зависимости электросопротивления для образца
Bi2Te3 с содержанием C60 0 %
6

7.

Результаты
Барические зависимости электросопротивления для образца
Bi2Te3 с содержанием C60 0,6 %
7

8.

Результаты
Барические зависимости электросопротивления для образца
Bi2Te3 с содержанием C60 1,5 %
8

9.

Результаты
Барические зависимости термоЭДС для образцов
Bi2Te3/C60
C60 0 %
C60 0,6 %
C60 1,5 %
9

10.

Результаты
Барические зависимости относительной
теплопроводности для образцов Bi2Te3/C60
C60 0 %
C60 0,6 %
C60 1,5 %
10

11.

Результаты
Результаты измерений для всех образцов при увеличении давления
11

12.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведено исследование высокого давления на термоэлектрические
электрические характеристики нанокомпозита Bi2Te3/C60.
и
В барических зависимостях электрического сопротивления при давлениях 6–8 ГПа
наблюдаются особенности, обусловленные известными фазовыми переходами в
Bi2Te3.
Особенности
барических
зависимостей
термоЭДС
и
относительной
теплопроводности, наблюдаемые в диапазоне 25–30 ГПа, вероятно, обусловлены
процессами разрушения структуры молекул C60.
Для более точных выводов о влиянии высоких давлений на структуру композитов
Bi2Te3/C60 необходимо проведение дополнительных исследований, таких как
рентгеноструктурный анализ и импедансная спектроскопия.
12

13.

Результаты
13

14.

Схема установки для измерения термоЭДС
1 - камера высокого давления
2 - образец исследуемого
материала
3 – закругленная алмазная
наковальня
4 - плоская алмазная
наковальня
6,7 - зачеканеные спаи
термопар медь-константан
14