Investigation of the initial stages of spark-plasma sintering of Si-Ge based thermoelectric materials

Abstract

Thermoelectric materials based on a mixture of Ge-Si nanopowders were fabricated and investigated. The materials were obtained by spark plasma sintering technique using the modes corresponding to the initial stages of sintering of the powder particles. The possibility for controlling the electrical characteristics of materials (type and magnitude of conductivity, the Seebeck coefficient) by varying the sintering parameters was shown. It was found that the analysis of electrical characteristics allows one to draw conclusions about the degree of mixing for silicon and germanium in the sintered material.

К вопросу о плавлении наночастиц фрактальной формы (на примере системы Si-Ge)

“…Уменьшение фрактальной размерности D 0 ( " усложнение" исходной формы наночастицы) также приводит к изменению равновесного состава фаз при температуре вблизи солидуса (рис. Следует отметить, что подобные закономерности могут несколько нарушаться при рассмотрении " силь-но неравноосных" частиц (нанопластин, дендрито-или вискероподобных нанообъектов), в которых даже при температуре вблизи ликвидуса ожидаема несферическая конфигурация межфазных границ; рассмотрение подобных частиц потребовало бы некоторой модификации уравнений (1), (2), (7). Рассмотрение частиц меньшего размера приводит к большим величинам отклонений равновесных составов и объемов фаз и температур фазовых переходов от макроскопических значений, при этом для частиц с d eff ≤ 10−20 nm поверхностные энергии всех межфазных границ становятся функциями размера и формы [41]; для частиц еще меньшего размера применимость термодинамического методов расчета становится дискуссионной [42] и требуется использование иных подходов [43].…”

“…Наноструктурирование позволяет достичь высоких величин термоэлектрической эффективности путем выборочной модификации транспортных свойств материала (в частности, уменьшения фононной составляющей коэффициента теплопроводности за счет создания множества рассеивающих тепловые фононы межфазных границ [2,3]), а также в силу ряда других факторов [4][5][6]. При этом снижение теплопроводности решетки является возможным при сохранении значения иных параметров (электрической проводимости и коэффициента Зеебека) [2,7], от которых зависит величина термоэлектрической добротности [1].…”

“…[1]). При получении современных функциональных материалов высокое значение приобрели методы порошковой металлургии и аддитивных технологий [13], в частности, электроимпульсное плазменное спекание (SPS) [7], селективное лазерное сплавление (SLM) [14,15] и ряд других. Современные физические и химические методы синтеза наноразмерных частиц (см., например, [16][17][18], a также обзор [19] и ссылки в нем) позволяют получать порошки с характерным размером 100 nm и менее.…”

Исследования Термоэлектрических Свойств Сверхрешеток На Основе Силицида Марганца И Германия

“…Пленки формировались методом импульсного лазерного осаждения (ИЛО) в вакууме. В качестве мишеней выступали пластина германия марки ГДГ-0005 и мишень высшего силицида марганца, спеченная из нанопорошков методом электроимпульсного плазменного спекания (ЭИПС) [12]. Использование в качестве мишени заранее спеченного материала нужного состава позволяет получить пленки с зафиксированной концентрацией марганца.…”

Untitled

“…"Voyager 2") and are working in space for several years almost without deterioration [6]. Thermoelectrical efficiency, which is revealed by a dimensionless figure of merit, ZT, can be greatly enhanced through nanostructuctural engineering [7,8]. ZT is directly proportional to the electrical conductivity and inversely proportional to the thermal conductivity; the main approach to the solution of the problem of an increase in ZT is using polycrystalline nanomaterials where the thermal conductivity is decreased due to the formation of multiple grain boundaries which scatter thermal phonons while retaining the values of other parameters, and some other effects (see [8] and Refs.…”