Про принципову відмінність термоелектричних композитів від легованих термоелектричних матеріалів та наслідки з неї

Анотація

Показано, що якщо вплив легуючих домішок на термоелектричний матеріал зводиться лише до зміни концентрації  вільних носіїв заряду у ньому, то, наприклад, для матеріалу на основі телуриду вісмуту навіть за температури 400 К неможливо отримати значення безрозмірної термоелектричної ефективності, яке б істотно перевищувало 1. З іншого боку безрозмірна термоелектрична ефективність термоелектричних композитів на основі напівпровідникових матеріалів з металевими нанокластерами або наночастинками може істотно перевищувати 1, якщо вони справді є композитами,  тобто матеріалами, кожна складова яких, увійшовши до складу композиту, зберігає притаманні їй макроскопічні значення кінетичних коефіцієнтів та їх температурні залежності. В цьому разі підвищення добротності такого термоелектричного композиту зводиться до оптимізації його складу і вирішення питання про технологічні можливості виготовлення саме цього композиту. Однак слід мати на увазі, що відповідь на  питання про практичне застосування таких композитів, якщо вони навіть будуть створені і їх параметри будуть стабільно відтворюваними, залежить від можливості створення з їх застосуванням пристроїв, які б мали не лише високі споживчі характеристики, а й відповідну стабільність,надійність, довговічність та ресурсну стійкість. Бібл. 6, рис. 6.

It is shown that if the effect of doping impurities on a thermoelectric material is reduced only to a change in the concentration of free charge carriers in it, then, for example, for a material based on bismuth telluride even at a temperature of 400 K, it is impossible to obtain a value of the dimensionless thermoelectric figure of merit, which would be far in excess of 1. On the other hand, the dimensionless thermoelectric figure of merit of thermoelectric composites based on semiconductor materials with metal nanoclusters or nanoparticles can significantly exceed 1, if they are indeed composites, that is, materials, each component of which, having entered the composition of the composite, retains its inherent macroscopic values ​​of kinetic coefficients and their temperature dependences. In this case, the increase in the figure of merit of such a thermoelectric composite is reduced to optimizing its composition and solving the problem of the technological possibilities of manufacturing this particular composite. However, it should be borne in mind that the answer to the question about the practical application of such composites, even if they are created and their parameters are stably reproducible, depends on the possibility of creating devices in which they are used, that should have not only high consumer characteristics, but also the corresponding stability, reliability, durability and service life. Bibl. 6, Fig. 6.