Phonon Thermal Conductivity and Phase Equilibria of Fractal Bi–Sb Nanoparticles

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

“…Аналогично [6,31,33] для описания морфологии реальных частиц сложной неправильной формы воспользуемся методами фрактальной геометрии [36]. В рамках данного подхода форма частиц характеризуется величиной фрактальной размерности D, задающей связь площади поверхности и объема A s = CV 2/D , где C -численный коэффициент, согласующий размерности и полагаемый численно равным 4π в дальнейших расчетах.…”

“…Использование объемных нанокристаллических материалов является одним из основных подходов к созданию высокоэффективных и коммерчески доступных термоэлектрических преобразователей энергии и приборов на их основе [1]. 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].…”

“…В области высоких температур одним из наиболее эффективных термоэлектрических материалов являются сплавы системы Si−Ge [1]. Согласно имеющимся данным [8,9], наиболее низкие величины фононного вклада и полного коэффициента теплопроводности достигаются в структурах, содержащих от 20 at.% Ge, которые (в отличие от ряда других термоэлектрических систем [6]) термодинамически устойчивы при комнатной и больших температурах [10,11]. Также сплавы системы Si−Ge обладают широкой запрещенной зоной с возможностью плавного ее изменения, устойчивостью к высоким температурам и рядом других свойств [12], что обеспечивает данным материалам крайне широкую область применения (например, радиоизотопные термоэлектрические генераторы космических модулей ( " Вояджер 2" и др.)…”

“…В [30] показано, что температуры ликвидуса и солидуса, равновесные составы и объемы твердой и жидкой фаз также зависят и от исходного состава частицы, и фазовые равновесия в наносистемах различного исходного состава не могут быть описаны единой фазовой диаграммой (при более ранних оценках [11,21,[24][25][26][27][28] данный эффект не был рассмотрен, а оценки влияния формы [27,28] и ряд других включали рассмотрение лишь наночастиц в форме простых платоновых и архимедовых тел). При анализе зависимости фазовых равновесий от формы наночастицы при плавлении представляется удобным адаптировать подходы, предложенные в [6,31,32] для частиц с фазовыми превращениями в твердом состоянии, где для задания формы использовались различные варианты безразмерных параметров [31][32][33][34] или методы фрактальной геометрии, позволяющие описывать широкий спектр реальных частиц сложной нерегулярной формы [6,32,34].…”

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.…”