Вплив фазової стабільності та мікроструктури системи Bi-Te Sb- Se на термоелектричні властивості екструдованих матеріалів

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розробленню та практичній реалізації комплексної теоретико-експериментальної методології дослідження взаємозв’язку «фазовий склад - хімічний зв’язок - функціональні властивості» у термоелектричних матеріалах на основі системи Bi-Te-Sb-Se, що дозволяє здійснювати прогнозоване керування їх електронною структурою та мікроструктурою з метою підвищення ефективності перетворення енергії. У дисертаційній роботі запропоновано та експериментально підтверджено підхід до цілеспрямованої модифікації матеріалів на основі Bi₂Te₃ шляхом поєднання активного легування та створення гетерофазних композитів. Розроблено ієрархічну методологію моделювання фазових рівноваг багатокомпонентних систем із використанням методу оберненої триангуляції, що дозволило побудувати ізотермічні перерізи системи Bi-Sb-Se-Te у діапазоні температур 300–600°C та визначити області стабільності фаз, оптимальні режими синтезу й екструзії, а також ризики фазових перетворень. Удосконалено квантово-хімічну модель опису міжатомної взаємодії, яка дала змогу встановити кількісні залежності ефективних зарядів, іонних радіусів та енергій дисоціації від міжатомної відстані для ключових бінарних взаємодій, що забезпечило теоретичне обґрунтування механізмів формування дефектів і зміни типу провідності. Досліджено та реалізовано стратегію активного легування галогенами, зокрема доведено високу ефективність йоду як стабільного легуючого елемента для керованої зміни електронних властивостей, тоді як використання брому обмежене через його термодинамічну нестабільність. Запропоновано новий підхід до мікроструктурного модифікування шляхом введення інертної фази CdTe, що забезпечує формування стабільних композитів типу «матриця – включення», сприяє розсіюванню фононів на міжфазних межах та підвищенню механічної міцності без погіршення електротранспортних характеристик. Експериментально реалізовано технологічний маршрут отримання матеріалів, що включає синтез, механоактивацію та гарячу екструзію, і встановлено оптимальні параметри обробки. Показано, що введення CdTe підвищує uk_UA

електропровідність та стабілізує термоелектричні властивості, тоді як використання CdSb призводить до деградації характеристик через його термічну нестабільність. Встановлено, що легування йодом дозволяє ефективно керувати типом провідності та значенням термо-ЕРС. Отримані результати можуть бути використані для створення високоефективних термоелектричних матеріалів із покращеним комплексом електрофізичних і механічних властивостей та становлять наукову основу для розробки нових технологій їх синтезу й обробки.