Ученые Университета МИСИС представили улучшенный термоэлектрик, перспективный для изготовления генераторов, охладителей и контроллеров, преобразовывающих тепловую энергию в электрическую и наоборот. Такой композит дешевле в производстве и может найти применение в автомобильной и аэрокосмической промышленности, энергетике, системах управления температурой в электронике.
Эффективность термоэлектриков зависит от соотношения электропроводности и коэффициента Зеебека — величины, которая показывает, какая электродвижущая сила генерируется в термоэлементе или материале при разности температур в 1°C. Одна из основных проблем, ограничивающих производство материалов с высоким коэффициентом мощности, в том, что увеличение коэффициента Зеебека приводит к снижению электропроводности. Поэтому многие исследования направлены на снижение теплопроводности решетки. Одним из таких решений стал композит из минерала скуттерудита с добавлением оксида цинка.
Традиционный способ производства термоэлектриков требует много времени и энергии. Ученые предложили более быстрый и экономически целесообразный подход к созданию композитов с требуемой фазы: получение скуттеруда InCo4Sb12 с помощью индукционной плавки, а затем измельчение и добавление к нему порошка оксида цинка ZnO для последующего спекания. Такой композит будет дешевле в производстве, чем чистый InCo4Sb12.
Ученые доказали, что добавка 7,4% оксида цинка в 2 раза повышает теплопроводность образца. Кроме того, в процессе размер зерен материала уменьшился, благодаря чему образцы стали тверже на 18%. Подробности исследования опубликованы в научном журнале Ceramics International (Q1).
«Оксид цинка не только улучшает характеристики термоэлектрика, но в дальнейшем поможет снизить себестоимость готового изделия. Материал можно использовать для утилизации тепла от выхлопных газов, повышения общей эффективности двигателей, преобразования тепла от промышленных процессов в электрическую энергию, охлаждения процессоров и лазеров и т. д.», — отметил к.т.н. Дмитрий Московских, директор НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.
Исследование выполнено в рамках стратегического проекта НИТУ МИСИС «Материалы будущего» по программе «Приоритет-2030» (грант № К2-2022-022).
