Клатраты.

Данный класс веществ имеет сложные решетки из десятков и даже сотен атомов одного или двух элементов. Атомы образуют полиэдры, между которыми остаются обширные полости, в которых располагаются атомы одного или двух типов, которых в формуле меньшинство. Эти атомы не внедрены, как в скуттерудитах, так что без них вещество не существует, о связь с ними также мала, атомы участвуют в тепловых колебаниях и рассеивают низкочастотные решеточные фононы. Некоторые представители класса имеют весьма низкую теплопроводность, приближаясь к теплопроводности аморфных тел, оставаясь полупрводниками. По данному направлению продолжаются исследования.

Пример кристаллической решетки клатрата

Сверхрешетки и низкоразмерные наноструктуры.

Для начала разберемся, что такое 3D- 0D тела. 3D тела-объемные массивные трехмерные тела, 2D-структуры- очень тонкие двумерные пленки, в которыхможно пренебречь третьим измерением, 1D-структуры- тонкие одномерные проволоки, при рассмотрении которых, учитывается только одно измерение, 0D- крайне малые точечные нульмерные структуры, у которых отсутствуют все три измерения. При переходе на наноразмерный уровень (мы как раз можем пренебречь размерами измерения, когда они достигают нанопорядка), начинают проявляться квантовые эффекты, изменяя факторы, определяющие электронное строение. Электронная структура меняется принципиальным образом по сравнению с исходным трехмерным материалом. Все операции, совершаемые на трехмерном уровне, незначительно влияют на добротность материала, но в случае перехода к низкоразмерной структур, происходит изменение плотности электронных состояний, влияющих на эффективную массу, а она в свою очередь может кардинально изменить ZT. Данные свойства проявляются при достижении измерением размера порядка 50 ангстрем и меньше. Нанопленки, трубки и проволоки являются наиболее прогрессивным и многообещающим направлением в термоэлектричестве.

Наноразмерные материалы, полученные горячим прессованием.

Одним из наиболее перспективных и современных методов является метод горячего прессования (hot sintering method/ hot pressure sintering method), а также метод искрового плазменного спекания или SPS-метод (Spark plasma sintering). Полупроводниковый материал измельчают до состояния мелкоразмерной (желательно наноразмерной) пудры. Пудра насыпается в пресс-форму специальной установки. Пресс-форма изготавливается и материала с хорошей проводимостью (как электрической, так и тепловой). Через установку пропускается короткоимпульсный ток, который нагревает частицы полупровдникового материала, подается давление, и горячие частицы материала спекаются под воздействием пресса. В результате получается плотная упаковка пористого наноразмерного материала, обладающая хорошими показателями однородности структуры, обладающая высокими термоэлектрическими свойствами, благотворно влияющими на электропроводность и снижающие теплопроводность. Данным методом можно создавать функционально-градиентные материалы, с теплофизическими свойствами, изменяющимися о длине ветви, что еще больше повышает добротность материала, увеличивая разность температур.