Везде

RAS Energy, Mechanics & ControlТеплофизика высоких температур High Temperature

  • ISSN (Print) 0040-3644
  • ISSN (Online) 3034-610X

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ (Bi,Sb)Te

You can
PII
S3034610X25030057-1
DOI
10.7868/S3034610X25030057
Publication type
Article
Status
Published
Authors
U.I. Stern
  • Affiliation: Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
M.S. Rogacev
  • Affiliation: Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
M.U. Stern
  • Affiliation: Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
A.A. Sercenkov
  • Affiliation: Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
N.U. Tabackova
  • Affiliation: Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
Volume/ Edition
Volume 63 / Issue number 3
Pages
360-367
Abstract
Исследованы температурные зависимости коэффициентов термического линейного расширения наноструктурированных низкотемпературных термоэлектрических материалов на основе BiTeSe и BiSbTe и среднетемпературных термоэлектрических материалов на основе BiTeSe и BiSbTe. Наноструктурированные термоэлектрические материалы получали методом искрового плазменного спекания нанодисперсных порошков предварительно синтезированных материалов. Нанодисперсные порошки подготовлены с помощью планетарной шаровой мельницы. Измерена плотность и микротвердость наноструктурированных термоэлектрических материалов. Коэффициент термического линейного расширения измерялся в интервале температур 200–600 К дилатометрическим методом в параллельном и перпендикулярном направлениях к оси прессования образцов термоэлектрических материалов. Коэффициент анизотропии термического линейного расширения составил 1.18. Коэффициенты термического линейного расширения в интервале исследованных температур составили для BiTeSe от 16.9 × 10 до 17.3 × 10 K, для BiSbTe — от 15.3 × 10 до 16.4 × 10 K, для BiTeSe и BiSbTe — (14.3 ± 0.3) × 10 K. Коэффициенты термического линейного расширения для материалов - и -типа имеют близкие значения.
Keywords
Date of publication
17.02.2026
Year of publication
2026
Number of purchasers
0
Views
26

References

  1. 1. Wu Z., Zhang S., Liu Z., Mu E., Hu Z. Thermoelectric Converter: Strategies from Materials to Device Application // Nano Energy. 2022. V. 91. P. 106692.
  2. 2. Freer R., Powell A.V. Realizing the Potential of Thermoelectric Technology: A Roadmap // J. Mater. Chem. C. 2020. V. 8. № 2. P. 441.
  3. 3. He J., Li K., Jia L., Zhu Y., Zhang H., Linghu J. Advances in the Applications of Thermoelectric Generators // Appl. Therm. Eng. 2024. V. 236. P. 121813.
  4. 4. Jaziri N., Boughamoura A., Müller J., Mezghani B., Tounsi F., Ismail M. A Comprehensive Review of Thermoelectric Generators: Technologies and Common Applications // Energy Reports. 2020. V. 6. P. 264.
  5. 5. Tabachkova N., Shtern M., Sherchenkov A., Shtern Y., Rogachev M., Panchenko V., Babich A., Voronov M., Tapero M., Korchagin E. Physical and Chemical Properties of Low-temperature Nanostructured Thermoelectric Materials on the Basis of BiTeSe and BiSbTe // Solid State Sci. 2024. V. 154. P. 107609.
  6. 6. Якивишев М.Н., Иванов О.Н., Васильев А.Е., Жежу М.В., Попков Д.А. Синтез, структура и анизотропия термоэлектрических свойств соединения BiTeSe, легированного самарием // ФГП. 2021. Т. 55. № 12. С. 1156.
  7. 7. Степанова Н.П., Иванов М.С., Степанова Л.Э., Вилоградова Л.В. Закономерности поведения температурных зависимостей удельного сопротивления кристаллов твердых растворов (BiSb)Te (0 < x < 2) // ФГП. 2022. Т. 56. № 9. С. 897.
  8. 8. Goldsmid H.J. Introduction to Thermoelectricity. Berlin–Heidelberg: Springer, 2016. 291 p.
  9. 9. Shtern M.Yu. Nanostructured Thermoelectric Materials for Temperatures of 200–1200 K Obtained by Spark Plasma Sintering // Semiconductors. 2022. V. 56. № 13. P. 437.
  10. 10. Chen J., Feng Z., Azam A., Wu X., Zhang Z., Lu L., Li D. An Energy Self-circulation System Based on the Wearable Thermoelectric Harvester for ART Driver Monitoring // Energy. 2023. V. 262. P. 125472.
  11. 11. Li X., Yang B., Xie H., Zhong H., Feng S., Zhang Y., Ma Y., Zhang J., Su H. Influence of n-Type Doping Sites on Electronic Transport Properties of MgSbBi Alloys // Mater. Sci. Eng.: B. 2023. V. 293. P. 116463.
  12. 12. Huang L., Zheng Y., Xing L., Hou B. Recent Progress of Thermoelectric Applications for Cooling/Heating, Power Generation, Heat Flux Sensor, and Potential Prospect of Their Integrated Applications // Therm. Sci. Eng. Prog. 2023. V. 45. P. 102064.
  13. 13. Shitu S., Li G., Zhao X., Ma X. Review of Thermoelectric Geometry and Structure Optimization for Performance Enhancement // Appl. Energy. 2020. V. 268. P. 115075.
  14. 14. Wu B., Wei W., Guo Y., Hou Yip W., Kang Tay B., Hou C., Zhang Q., Li Y., Wang H. Stretchable Thermoelectric Generators with Enhanced Output by Infrared Reflection for Wearable Application // Chem. Eng. J. 2023. V. 453. P. 139749.
  15. 15. Haras M., Skotnicki T. Thermoelectricity for IoT – A Review // Nano Energy. 2018. V. 54. P. 461.
  16. 16. Hasan Ma.N., Nafea M., Nayan N., Mohamed Ali M.S. Thermoelectric Generator: Materials and Applications in Wearable Health Monitoring Sensors and Internet of Things Devices // Adv. Mater. Technol. 2022. V. 7. № 5. P. 2101203.
  17. 17. Shi X.-L., Zou J., Chen Z.-G. Advanced Thermoelectric Design: From Materials and Structures to Devices // Chem. Rev. 2020. V. 120. № 15. P. 7399.
  18. 18. Shtern M., Sherchenkov A., Shtern Y., Borgardt N., Rogachev M., Yakubov A., Babich A., Pepeykov D., Voloshchuk I., Zaytseva Y., Pereverzeva S., Gerasimenko A., Potapov D., Murashko D. Mechanical Properties and Thermal Stability of Nanostructured Thermoelectric Materials on the Basis of PbTe and GeTe // J. Alloys Compd. 2023. V. 946. P. 169364.
  19. 19. Горобцов А.И., Назаров М.С., Таганов Н.Д., Будяков В.Т., Глущенко С.П., Дашевский З.М. Разработка технологии высокопрочных термоэлектриков диаметром до 35 мм на основе поликристаллов BiTe методом горячей экструзии // ФГП. 2022. Т. 56. № 1. С. 17.
  20. 20. Barako M.T., Park W., Marcomet A.M., Asheghi M., Goodson K.E. Thermal Cycling, Mechanical Degradation, and the Effective Figure of Merit of a Thermoelectric Module // J. Electron. Mater. 2013. V. 42. № 3. P. 372.
  21. 21. Pei J., Shi J., Li H., Jiang Y., Dong J., Zhuang H., Cai B., Su B., Yu J., Zhou W., Zhang B., Li J. Design and Fabrication of Segmented GeTe/(BiSb)Te Thermoelectric Module with Enhanced Conversion Efficiency // Adv. Funct. Mater. 2023. V. 33. № 20. P. 2214771.
  22. 22. Wan S., Song Q., Chen H., Zhang Q., Liao J., Xia X., Wang C., Qiu P., Chen B., Bai S., Chen L. High-efficiency Segmented Thermoelectric Power Generation Modules Constructed from All Skutterudites // Cell Rep. Phys. Sci. 2023. V. 4. № 11. P. 101651.
  23. 23. Yu J., Kong L., Zhu Q., Zhu H., Wang H., Guan J., Yan Q. Thermal Stress Analysis of a Segmented Thermoelectric Generator under a Pulsed Heat Source // J. Electron. Mater. 2020. V. 49. № 7. P. 4392.
  24. 24. Zheng Y., Tan X.Y., Wan X., Cheng X., Liu Z., Yan Q. Thermal Stability and Mechanical Response of BiTe-based Materials for Thermoelectric Applications // ACS Appl. Energy Mater. 2020. V. 3. № 3. P. 2078.
  25. 25. Zhou Y., Meng F., He J., Benton A., Hu L., Liu F., Li J., Zhang C., Ho W., Xie H. n-BiSbTe: A Promising Alternative to Mainstream Thermoelectric Material n-BiTeSe near Room Temperature // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. V. 12. № 28. P. 31619.
  26. 26. Zhu Y.-K., Wu P., Guo J., Zhou Y., Chong X., Ge Z.H., Feng J. Achieving a Fine Balance in Mechanical Properties and Thermoelectric Performance in Commercial BiTe Materials // Ceram. Int. 2020. V. 46. № 10. P. 14994.
  27. 27. Павлова Л.М., Штерн Ю.И., Миронов Р.Е. Термическое расширение теллурида висмута // ТВТ. 2011. Т. 49. № 3. С. 379.
  28. 28. Терехов С.В. Расчет теплоемкостей и коэффициентов теплового линейного расширения металлов легкой и тяжелой триад платины // ТВТ. 2023. Т. 61. № 5. С. 679.
  29. 29. Liu G., Zhao W.-Y., Zhou H.-Y., Wei P., Yu J., Tang D.-G., Zhang Q.-J. Design and Optimization of Gradient Interface of BaInCoSb/BiTeSe Thermoelectric Materials // J. Electron. Mater. 2012. V. 41. № 6. P. 1376.
  30. 30. Zhou H.-Y., Zhao W.-Y., Liu G., Cheng H., Zhang Q.-J. Design and Optimization of Gradient Interface of p-Type BaInFeCoSb/BiSbTe Thermoelectric Materials // J. Electron. Mater. 2013. V. 42. № 7. P. 1436.
  31. 31. Stern Yu., Pavlova L., Mironov R. Thermal Expansion of n-Type Doped BiTeSe and p-Type Doped BiSbTe Solid Solutions from -60°C to +60°C // J. Electron. Mater. 2010. V. 39. № 9. P. 1422.
  32. 32. Seo S., Jeong Y., Oh M.-W., Yoo B. Effect of Hydrogen Annealing of Ball-milled BiSbTe Powders on Thermoelectric Properties // J. Alloys Compd. 2017. V. 706. P. 576.
  33. 33. Pan Y., Wei T.-R., Cao Q., Li J.-F. Mechanically Enhanced p- and n-Type BiTe-based Thermoelectric Materials Reprocessed from Commercial Ingots by Ball Milling and Spark Plasma Sintering // Mater. Sci. Eng.: B. 2015. V. 197. P. 75.
  34. 34. Abdelhadi A.A., Lakhtan V., McDermid J.R., Tseng Y.-C., Cotton J.S. Enhancement of Mechanical Properties and Thermoelectric Performance of Spark Plasma Sintered p-Type Bismuth Telluride by Powder Surface Oxide Reduction // J. Alloys Compd. 2021. V. 858. P. 157657.
  35. 35. Abdelhadi A.A., Lakhtan V., McDermid J.R., Cotton J.S. The Effect of Powder Pre-treatment on the Mechanical and Thermoelectric Properties of Spark Plasma Sintered n-Type Bismuth Telluride // J. Alloys Compd. 2021. V. 874. P. 159782.
  36. 36. Shtern M., Rogachev M., Shtern Y., Sherchenkov A., Babich A., Korchagin E., Nikulin D. Thermoelectric Properties of Efficient Thermoelectric Materials on the Basis of Bismuth and Antimony Chalcogenides for Multisection Thermoelements // J. Alloys Compd. 2021. V. 877. P. 160328.
  37. 37. Shtern Y.I., Rogachev M.S., Bublik V.T., Tarasova I.V., Pozhniakov A.V. The Results of Thermal Expansion Investigation for Effective Thermoelectric Materials // Proc. 2019 IEEE Conf. Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. St. Petersburg, Moscow: IEEE, 2019. P. 1932.
QR
Translate

Indexing

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library