Міністерство освіти і науки України

Чернівецький національний університет

імені Юрія Федьковича

Інститут фізико-технічних та комп’ютерних наук

Кафедра термоелектрики

Курсова робота

на тему:

«Особливості вирощування твердих розчинів

на основі системи Bi-Te-Se-Sb»

Студента_3_курсу _313_ групи

напряму підготовки прикладна фізика

Гречки Григорія

Керівник: Катеринчук В.М. – д. ф. м. н

Національна шкала ________________

Кількість балів: _____ Оцінка: ECTS____

Члени комісії ________________ ___________________________ (підпис) (прізвище та ініціали)

________________ ___________________________ (підпис) (прізвище та ініціали)

________________ ___________________________ (підпис) (прізвище та ініціали)

Чернівці–2015

ЗМІСТ

1. Вступ. Актуальність теми.

2. Теоретична частина.

2.1. Прямий однотемпературний синтез.

2.2. Фізико-хімічні властивості телуриду бісмуту.

2.3. Особливості кристалів на основі телуриду бісмуту.

2.4. Cинтез твердих розчинів п- та р-типу провідності на основі телуриду вісмуту.

2.5. Метод вертикальної зонної плавки.

3. Експериментальна частина.

3.1. Синтез телуриду бісмуту

3.2. Пристрій для отримання монокристалів твердих розчинів на основі телуриду вісмуту.

3.3. Процес отримання термоелектричного матеріалу р-типу провідності на основі твердих розчинів халькогенідів Bi i Sb

4. Висновки.

Список літератури.

1. Вступ. Актуальність теми.

Одним з основних параметрів, які характеризують надійність термоелектричних модулів (ТЕМ) Пельтьє є стабільність їх характеристик як у стаціонарному режимі, так і при термоциклюванні під час експлуатації. При цьому ТЕМ повинні бути працездатні при тривалому зберіганні. Характеристики напівпровідникових матеріалів, на основі яких створюються кристали ТЕМ та їх конструктивно-технологічні параметри визначають стабільність ТЕМ.

Створення надійних ТЕМ, які здатні зберігати свої параметри під час тривалого терміну напрацювання залишається актуальною проблемою. Вона зумовлена відсутністю технологічно-відтворюваних однорідних термоелектричних матеріалів з високими значеннями добротності Z_p,n, при малих розмірах та низькими значеннями їх механічної міцності.

Відсутність даних щодо статистичних і динамічних механічних міцностей та власних резонансних частот коливань також не дозволяє проводити відповідну оптимізацію конструкцій ТЕМ. При цьому існуючі технології антидифузійних шарів гілок, електрокомутаційних перемичок керамічних пластин та збирання ТЕМ не дають можливості підвищити їх надійність, яка на сьогодні залишається на рівні 3000-7000 годин напрацювання. Слід зазначити, що існуючі серійні методи вирощування кристалів твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb дозволяють отримувати зливки діаметром 15-18 мм, які характеризуються високим рівнем неоднорідності (блочністю), низькою механічною міцністю на розрив В=(0,4-0,5) кГс/мм², що не забезпечує повторюваності електрофізичних параметрів кристалів при малому проценті виходу придатного матеріалу.

Вирішення зазначених питань дозволило б реалізувати конструкцію модулів підвищеної надійності з покращеними параметрами та зменшеною собівартістю. Слід відмітити також, що підвищення надійності самого ТЕМ веде до зменшення витрат на забезпечення його надійної роботи за рахунок зовнішніх чинників. Це, у свою чергу, сприяє зменшенню собівартості як модулів, зокрема, так і комплексів апаратури, в якій вони використовуються. Загалом такий підхід сприяє підвищенню конкурентноздатності ТЕМ та приладів на їх основі як на ринках України та СНГ, так і у світі в цілому.

Отже, розробка нових технологій ТЕМ підвищеної надійності на основі кристалів твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb, зростання проценту виходу придатних матеріалів є актуальним завданням термоелектричного матеріалознавства.

2.Теоретична частина.

2.1. Прямий однотемпературний синтез.

Однотемпературний синтез з компонент є одним з найбільш простих і розповсюджених. Переваги цього методу: а) простота досягнення стехіометрії в процесі синтезу і відсутність втрат компонент; б) нескладне апаратурне виконання; в) відсутність сторонніх речовин і надлишку компонент, які зумовлюють високу чистоту отримуваного матеріалу. Тим не менше цей метод володіє рядом недоліків, обмежуючих область його застосування. Він придатний лише для отримання речовин з малолетких компонент, оскільки при помітній їх леткості можливі відхилення від стехіометрії за рахунок випаровування. Даним методом важко отримувати сполуки, що утворюються по перитектичній реакції. Крім того, оскільки необхідно нагрівати компоненти вище температури плавлення сполуки, то отримання тугоплавких фаз також утруднено. Це пов’язано з необхідністю використовувати спеціальні нагрівники, а також з обмеженнями при виборі контейнерних матеріалів.

Прямий однотемпературний синтез може бути використаний лише для сполук, що утворюються в умовах нонваріантної рівноваги, тобто коли склад практично не залежить від тиску. Для обгрунтованого вибору режиму синтезу необхідно знати лише Т-х-діаграму стану даної системи. Цей метод можна іноді використовувати і для отримання сполуки з компонент, що володіють помітною леткістю, при умові, що тиск дисоціації сполуки набагато менший, ніж тиск пари компонент при тій ж температурі (і складає не більше 0,1 атм). При цьому нагрівання слід проводити обережно, поступово піднімаючи температуру у відповідності зі швидкістю реакції, щоб запобігти руйнуванню ампули.