Про вплив інтерметалідів на електричний та тепловий контактні опори термоелектричний матеріал – метал
Ключові слова:
високотемпературна надпровідність, нестаціонарна дифузія, інтерметалід, термоелектричний матеріал, легування, металізований композит, поріг перколяції, нанокластери, оптимальний склад композиту, гранична безрозмірна термоелектрична ефективністьАнотація
Показано, що електричний та тепловий контактні опори термоелектричний матеріал (ТЕМ) метал у структурах з антидифузійними шарами істотно зростають, якщо перехідний контактний шар складається з підшару інтерметаліду та підшару композиту ТЕМ – інтерметалід. У парі телурид вісмуту – нікель таким домінантним інтерметалідам є NiTe2. За загальної товщини перехідного шару телурид вісмуту-дітелурид нікелю рівної 40 мкм електричний контактний опір змінюється в інтервалі від 1.28·10-6 до 3.46·10-6 Ом·см2, а тепловий – в інтервалі від 0.131 до 0.195 К·см2/Вт. З часом цей шар може рости, і, наприклад, за загальної товщини 200 мкм його електричний контактний опір змінюється у тому самому температурному інтервалі від 6.40·10-6 до 1.73·10-5 Ом·см2, а тепловий – в інтервалі від 0.655 до 0.975 К·см2/Вт. Це зростання істотно впливає не лише на споживчі характеристики, а й на надійність, довговічність та ресурсну стійкість термоелектричних перетворювачів енергії. Поряд з цим показано, що композит дітелурид нікелю – телурид вісмуту не є високоефективним термоелектричним матеріалом, але безрозмірна термоелектрична ефективність композиту телурид вісмуту – висоелектропровідні металеві кластери може стати істотно більшою. Знайдено граничну безрозмірну термоелектричну ефективність такого композиту.
It is shown that the electrical and thermal contact resistances thermoelectric material (TEM) - metal in structures with anti-diffusion layers increase significantly, if transient contact layer consists of a sublayer of intermetallic and a sublayer of TEM-intermetallic composite. In a couple of bismuth telluride-nickel, NiTe2 is a dominant intermetallic. With a total thickness of transient layer of bismuth telluride-nickel ditelluride of 40 μm its electrical resistance will vary in the range from 1.28·10-6 to 3.46·10-6 Оhm·сm2, and thermal –in the range from 0.131 to 0.195 K·cm2/W. Over time, this layer can grow and, for instance, with a total thickness of 200 μm its electrical contact resistance will vary in the same temperature range from 6.40·10-6 to 1.73·10-5 Оhm·сm2, and thermal – in the range from 0.655 to 0.975 K · cm2 /W. This growth significantly affects not only the consumer characteristics, but also the reliability, life and durability of thermoelectric energy converters. In addition, it is shown that nickel ditelluride - bismuth telluride composite is not a highly efficient thermoelectric material, but the dimensionless thermoelectric figure of merit of the bismuth telluride - high-conductivity metal clusters can become significantly higher. The boundary thermoelectric figure of merit of such a composite was found. Bibl. 9, Fig. 5.
Посилання
1. Lan Y.C., Wang D.Z., Chen G., Ren Z.F. (2008). Diffusion of nickel and tin in p-type (Bi,Sb)2Te3 and n-type Bi2(Te,Se)3 thermoelectric materials. Appl. Phys. Let, 92, 101910, 1-3.
2. Chen L., Mei D., Wang Y., Li Y. (2019). Nickel barrier in Bi2Te3 based thermoelectric modules for reduced contact resistance and enhanced power generation properties. J. of Alloys and Compounds, 796, 314-320. (http://www.elsevier.com/locate/jalcom).
3. Zhuze V.P., Regel A.R. (1955). Elektricheskiie svoistva sistemy NiTe-NiTe2 [Electrical properties of system NiTe-NiTe2 alloys]. Zhurnal Tekhnicheskoj Fiziki – Technical Physics, 25(6), 978 [in Russian].
4. Chizikov V.M., Schastlivyi V.P. (1966). Tellur i telluridy [Tellirium and tellurides]. Moscow: Nauka [in Russian].
5. Snarskii A.A., Sarychev A.K., Bezsudnov I.V., Lagar’kov V.N. (2012). Termoelektricheskaia dobrotnost’ obiomnykh nanostrukturirovannykh kompositov s raspredelionnymi parametrami [Thermoelectric figure of merit of bulk nanostructured composites with distributed parameters]. Fizika i tekhnika poluprovodnikov – Semiconductors, 46, 677-683 [in Russian].
6. Gorskyi P.V., Mytskaniuk N.V. (2019). On the temperature dependences of thermoelectric characteristics of thermoelectric material-metal transient layer with regard to percolation effect. J.Thermoelectricity, 3, 5-22.
7. Goltsman B.M., Kudinov I.A., Smirnov I.A. (1972). Poluprovodnikovyie termoelektricheskiie materialy na osnove Bi2Te3 [Semiconductor thermoelectric materials based on Bi2Te3]. Moscow: Nauka [in Russian].
8. Lifshits Е.М., Pitaievskii L.P. (1979). Fizicheskaia kinetika [Physical Kinetics]. Moscow: Nauka [in Russian].
9. Gorskyi P.V., Mytskaniuk N.V. (2019). On the temperature dependences of thermoelectric characteristics of thermoelectric material-metal transient layer without regard to percolation effect. J.Thermoelectricity, 2, 5-23.
