Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

Физические основы увеличения термоэлектрической добротности наноструктурированных материалов

https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.34-36.041-072

Полный текст:

Аннотация

Рассмотрены основные физические принципы повышения термоэлектрической добротности наноструктурированных материалов: тонких пленок, сверхрешеток, нитевидных кристаллов, наноразмерных структур, квантовых ям, квантовых проволок. Последовательно изучены физические основы оптимизации таких важных параметров термоэлектических материалов, как термоЭДС, удельное электрическое сопротивление, а также теплопроводность. Показано, что решеточная теплопроводность в наноматериале может быть снижена за счет рассеяния фононов на границах раздела, или эффекта фононного конфайнмента. Проведен анализ влияния зернограничного теплового сопротивления Капицы в зависимости от типа границ раздела: когерентные (возможно присутствие упругих деформаций), полукогерентные (дислокации несоответствия окружены упругими деформациями) и некогерентные (взаимодействие между фазами минимально), формы и размера включений. ТермоЭДС в низкоразмерных структурах может быть увеличена при изменении вида плотности состояний вблизи уровня Ферми или благодаря эффекту энергетической фильтрации носителей заряда. В рамках увеличения термоЭДС рассмотрен квантовый переход «полуметалл − полупроводник» в наноструктурах на основе висмута и углерода. Эффект модуляционного легирования позволяет достигать больших значений подвижности носителей заряда при их очень высокой концентрации, что в работе было продемонстрировано на примере сверхрешеток квантовых точек на основе кремния и германия, а также двухфазных композитов. Большое внимание уделено анализу существующих в литературе экспериментальных результатов, которые подтверждают теоретические выводы о перспективности создания высокоэффективных термоэлектрических наноматериалов. Кратко рассмотрены основные подходы получения наноструктур с требуемым размером и распределением наночастиц.

Об авторах

С. А. Гриднев
Воронежский государственный технический университет
Россия

Станислав Александрович Гриднев, доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры физики твердого тела

д. 14, Московский просп., Воронеж, 394026



Ю. Е. Калинин
Воронежский государственный технический университет
Россия

Юрий Егорович Калинин, доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики твердого тела

д. 14, Московский просп., Воронеж, 394026



В. А. Макагонов
Воронежский государственный технический университет
Россия

Владимир Анатольевич Макагонов, кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник кафедры физики твердого тела

д. 14, Московский просп., Воронеж, 394026



Список литературы

1. Snyder, G.J. Complex thermoelectric materials / G.J. Snyder, E.S. Toberer // Nature materials. – 2008. – Vol. 7. – P. 105–114.

2. Fitriani, F. A review on nanostructures of hightemperature thermoelectric materials for waste heat recovery / F. Fitriani [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2016. – Vol. 64. – P. 635–659.

3. Zebarjadi, M. Perspectives on thermoelectrics: from fundamentals to device applications / M. Zebarjadi [et al.] // Energy Environ. Sci. – 2012. – Vol. 5. – P. 5147–5162.

4. Martín-González, M. Nanoengineering thermoelectrics for 21st century: Energy harvesting and other trends in the field / M. Martín-González, O. Caballero-Calero, P. Díaz-Chao // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2013. – Vol. 24. – P. 288–305.

5. Шевельков, А.В. Химические аспекты создания термоэлектрических материалов / А.В. Шевельков // Успехи химии. – 2008. – Т. 77. – № 1. – С. 3–21.

6. Дмитриев, А.В. Современные тенденции развития физики термоэлектрических материалов / А.В. Дмитриев, И.П. Звягин // Успехи физических наук. – 2010. – № 8. – С. 821–837.

7. Riffat, S. Thermoelectrics: a review of present and potential applications / S. Riffat, X. Ma // Applied Thermal Engineering. – 2003. – Vol. 23. – Р. 913–935.

8. Heremans, J.P. Low-dimensional thermoelectricity / J.P. Heremans // Acta Physica Polonica A. – 2005. – Vol. 108. – No. 4. – P. 609–634.

9. Ezzahri, Y. Comparison of thin film microrefrigerators based on Si/SiGe superlattice and bulk SiGe / Y. Ezzahri [et al.] // J. Microelectronics. – 2008. – Vol. 39. – P. 981–991.

10. Venkatasubramanian, R. Thin-film thermoelectric devices with high room-temperature figures of merit / R. Venkatasubramanian [et al.] // Nature. – 2001. – Vol. 431 – P. 597–602.

11. Venkatasubramanian, R. MOCVD of Bi2Te3, Sb2Te3 and their superlattice structures for thin-film thermoelectric applications / R. Venkatasubramanian [et al.] // Journal of Crystal Growth. – 1997. – No. 1–4. – Vol. 170. – P. 721–817.

12. Funahashi, R. Thermoelectric properties of Pband Ca-doped (Bi2Sr2O4)xCoO2 whiskers / R. Funahashi, I. Matsubara // Appl. Phys. Lett. – 2001. – Vol. 79. – No. 3. – P. 362–365.

13. Иванова, Л.Д. Материалы на основе твердых растворов теллуридов висмута и сурьмы, полученные методами быстрой кристаллизации расплава / Л.Д. Иванова [и др.] // ФТП. – 2019. – Т. 53. – № 5. – С. 659–663.

14. Lin, H. Nanoscale clusters in the high performance thermoelectric AgPbmSbTem+2 / H. Lin [et al.] // Phys. Rev. B. – 2005. – Vol. 72. – No. 174113. – P. 1–7.

15. Harman, T. Quantum dot superlattice thermoelectric materials and devices / T. Harman [et al.] // Science. – 2002. – Vol. 297.– P. 2229–2232.

16. Tavkhelidze, A. Large enhancement of the thermoelectric figure of merit in a ridged quantum well / A. Tavkhelidze // Nanotechnology. – 2009. – Vol. 20. – P. 405401–405401-6.

17. Boukai, A. Silicon nanowires as efficient thermoelectric materials / A. Boukai [et al.] // Nature Letters. – 2008. – Vol. 451. – P. 168–171.

18. Hochbaum, A. Enhanced thermoelectric performance of rough silicon nanowires / A. Hochbaum [et al.] // Nature Letters. – 2008. – Vol. 451. – P. 163–167.

19. Keyani, J. Assembly and measurement of a hybrid nanowire-bulk thermoelectric device / J. Keyani, A.M. Stacy // Appl. Phys. Lett. – 2006. – Vol. 89. – P. 233106–233106-3.

20. Баранский, П.И. На пути от мифов к реалиям в освоении высокоэффективных термоэлектропреобразователей, создаваемых на основе использования достижений нанофизики и нанотехнологий / П.И. Баранский, Г.П. Гайдар // Термо-электричество. – 2007. – № 2. – С. 47–55.

21. Иоффе, А.Ф. Полупроводниковые термоэлементы / А.Ф. Иоффе М.: Изд-во АН СССР, 1960. – 188 с.

22. Гриднев, С.А. Перспективные термоэлектрические материалы / С.А. Гриднев [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2013. – № 1. – Ч. 2 – С. 117–125.

23. Булат, Л.П. О термоэлектрических свойствах материалов с нанокристаллической структурой / Л.П. Булат [и др.] // Термоэлектричество. – 2008. – № 4. – С. 27–33.

24. Булат, Л.П. Механизмы увеличения термоэлектрической эффективности в объемных наноструктурных поликристаллах / Л.П. Булат [и др.] //Термоэлектричество. – 2011. № 1. – С. 14–19.

25. Булат, Л.П. Наноструктурирование как способ повышения эффективности термоэлектриков / Л.П. Булат [и др.] // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2014. – № 4. – С. 48–56.

26. Pichanusakorn, P. Nanostructured thermoelectric / P. Pichanusakorn, P. Bandaru // Material Science and Engineering R. – 2010. – Vol. 67. – P. 19–63.

27. Thermoelectrics handbook: macro to nano / edited by D.M. Rowe – NewYork: Taylor & Francis Group. LLC. 2006. – 954 p.

28. Koh, Y.K. Frequency dependency of the thermal conductivity of semiconductor alloys / Y.K. Koh, D.G. Gahill // Phys. Rev. – 2007. – Vol. 5. – P. 075207– 075207-5.

29. Minnich, A.J. Thermal conductivity spectroscopy technique to measure phonon mean free paths / A.J. Minnich [et al.] // Phys. Rev. Lett. – 2011. – Vol. 107. – P. 095901–095901-4.

30. Cahill, D.G. Nanoscale thermal transport / D.G. Cahill [et al.] // J. Appl. Phys. – 2003. – Vol. 93. – P. 793–818.

31. Nan, C.W. Determining the Kapitza resistance and the thermal conductivity of polycrystals: a simple model / C.W. Nan, R. Birringer // Phys. Rev. – 1998. – Vol. 57. – P. 8264–8268.

32. Ma, Yi Composite thermoelectric materials with embedded nanoparticles / Yi Ma, R. Heijl, A.E. C. Palmqvist // J Mater Sci. – 2013. – Vol. 48. – P. 2767– 2778.

33. Poudel, B. High-thermoelectric performance of nanostructured bismuth antimony telluride bulk alloys / B. Poudel [et al.] // Science. – 2008. – Vol. 320. – P. 634–638.

34. Ma, Y. Enhanced thermoelectric figure-of-merit in p-type nanostructured bismuth antimony tellurium alloys made from elemental chunks / Y. Ma [et al.] // Nano Lett. – 2008. – Vol. 8. – P. 2580–2584.

35. Xie, W.J. High thermoelectric performance BiSbTe alloy with unique low-dimensional structure / W.J. Xie [et al.] // J. Appl. Phys. – 2009. – Vol. 105. – P. 113713 –113713-8.

36. Xie, W.J. Unique nanostructures and enhanced thermoelectric performance of meltspun BiSbTe alloys / W.J. Xie [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2009. – Vol. 94. – P. 102111–102111-3.

37. Dirmyer, M.R. Thermal and electrical conductivity of size-tuned bismuth telluride nanoparticles / M.R. Dirmyer [et al.] // Small. – 2009. – Vol. 5. – P. 933–937.

38. Mehta, R.J. A new class of doped nanobulk high-figure-of merit thermoelectrics by scalable bottomup assembly / R.J. Mehta [et al.] // Nature Mater. – 2012. – Vol. 11. – P. 233–240.

39. Son, J.S. n-type nanostructured thermoelectric materials prepared from chemically synthesized ultrathin Bi2Te3 nanoplates / J.S. Son [et al.] // Nano Lett. – 2012. – Vol. 12. – P. 640–647.

40. Joshi, G. Enhanced thermoelectric figure-ofmerit in nanostructured p-type silicon germanium bulk alloys / G. Joshi [et al.] // Nano Lett. – 2008. – Vol. 8. – P. 4670–4674.

41. Wang, X.W. Enhanced thermoelectric figure of merit in nanostructured n -type silicon germanium bulk alloy / X.W. Wang [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2008. – Vol. 93. – P. 193121–193121-3.

42. He, J. On the origin of increased phonon scattering in nanostructured PbTe based thermoelectric materials / J. He [et al.] // J. Am. Chem. Soc. – 2010. – Vol. 132. – P. 8669–8675.

43. Girard, S.N. In situ nanostructure generation and evolution within a bulk thermoelectric material to reduce lattice thermal conductivity / S.N. Girard [et al.] // Nano Lett. – 2010. – Vol. 10. – P. 2825–2831.

44. Johnsen, S. Nanostructures boost the thermoelectric performance of PbS / S. Johnsen [et al.] // J. Am. Chem. Soc. – 2011. – Vol. 133. – P. 3460– 3470.

45. Schierning, G. Nanocrystalline silicon compacted by spark-plasma sintering: Microstructure and thermoelectric properties / G. Schierning [et al.] // Mater. Res. Soc. Symp. Proc. – 2010. – Vol. 1267. – P. 1267-DD01-09.

46. Saleemi, M. Spark plasma sintering and thermoelectric evaluation of nanocrystalline magnesium silicide (Mg2Si) / M. Saleemi [et al.] // J Mater Sci. – 2013. – Vol. 48. – P. 1940–1946.

47. Nguyen, P. K. Spark erosion: a high production rate method for producing Bi0,5Sb1,5Te3 nanoparticles with enhanced thermoelectric performance / P.K. Nguyen [et al.] // Nanotechnology. – 2012. – Vol. 23. – P. 415604–415604-7.

48. Горский П.В. К вопросу о механизме увеличения термоэлектрической добротности объемных наноструктурированных материалов / П.В. Горский, В.П. Михальченко // Термоэлектричество. – 2013. – № 5. – С. 5–10.

49. Costescu, R.M. Ultra-low thermal conductivity in W/Al2O3 nanolaminates / R.M. Costescu [et al.] // Science. – 2004. – Vol. 303. – P. 989–990.

50. Sootsman, J.R. Large enhancements in the thermoelectric power factor of bulk PbTe at high temperature by synergistic nanostructuring / J.R. Sootsman [et al.] // Angew. Chem. – 2008. – Vol. 120. – P. 8746–8750.

51. Hsu, K.F. Cubic AgPbmSbTe2+m: bulk thermoelectric materials with high figure of merit / K.F. Hsu [et al.]// Science. – 2004. – Vol. 303. – P. 818–821.

52. Zhao, L.D. High performance thermoelectrics from earth-abundant materials: enhanced figure of merit in PbS by second phase nanostructure / L.D. Zhao [et al.] // J. Am. Chem. Soc. – 2011. – Vol. 133. – P. 20476– 20487.

53. Zhang, Q. High figure ofmerit and natural nanostructure in Mg2Si0.4Sn0.6 based thermoelectric materials / Q. Zhang [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2008. – Vol. 93. – P. 102109–102109-3.

54. Su, X.L. Structure and transport properties of double-doped CoSb2.75Ge0.25−xTex (x = 0.125–0.20) with in situ nanostructure / X.L. Su [et al.] // Chem. Mater. – 2011. – Vol. 23. – P. 2948–2955.

55. Han, M.K. Formation of Cu nanoparticles in layered Bi2Te3 and their effect on ZT enhancement / M.K. Han [et al.] // J. Mater. Chem. – 2011. – Vol. 21. – P. 11365–11370.

56. Иванова, Л.Д. Спиннингование расплава – перспективный метод получения материалов твердого раствора теллуридов висмута и сурьмы / Л.Д. Иванова // Термоэлектричество. – 2013. – № 1. – С. 34–45.

57. Wang, H.Z. Transmission electron microscopy study of Pb-depleted disks in PbTe-based alloys / H.Z.Wang [et al.] // J. Mater. Res. – 2011. – Vol. 26. – P. 912–916.

58. Liu, W.S. Recent advances in thermoelectric nano composites / W.S. Liu [et al.] // Nano Energy. – 2012. – Vol. 1. – P. 42–56.

59. He, J.Q. On the orignin of increased Phonon scattering in nanostructured PbTe based thermoelectric materials / J.Q. He [et al.] // J. Am. Chem. Soc. – 2010. – Vol. 132. – P. 8669 –8675.

60. Biswas, K. Strained endotaxial nanostructures with high thermoelectric figure of merit / K. Biswas [et al.] // Nature Chem. – 2011. – Vol. 3. – P. 160–166.

61. Poudeu, P.F.P. High thermoelectric figure ofmerit and nanostructuring in bulk p-type Na1−xPbmSbyTem+2 / P.F.P. Poudeu [et al.] // Angew. Chem. – 2006. – Vol. 118. – P. 3919–3923.

62. Pei, Y.Z. High thermoelectric performance in PbTe due to large nanoscale Ag2Te precipitates and La doping / Y.Z. Pei [et al.] // Adv. Funct. Mater. – 2011. – Vol. 21. – P. 241–249.

63. Liu, W.S. Improvement of thermoelectric performance of CoSb3−xTex skutterudite compounds by additional substitution of IV-group elements for Sb / W.S. Liu [et al.] // Chem. Mater. – 2008. – Vol. 20. – P. 7526–7531.

64. Wang, H. High performance Ag0.8Pb18+xSbTe20 thermoelectric bulk materials fabricated by mechanical alloying and spark plasma sintering / H.Wang [et al.] // Appl. Phys. Lett. 88. – 2006. – Vol. 88. – P. 092104– 092104-3.

65. Zhou, M. Nanostructured AgPbmSbTem+2 system bulk materials with enhanced thermoelectric performance / M. Zhou, J.F. Li, T. Kita // J. Am. Chem. Soc. – 2008. – Vol. 130. – P. 4527–4532.

66. He, Q.Y. The great improvement effect of pores on ZT in Co1−xNixSb3 system / Q.Y. He[et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2008. – Vol. 93. – P. 042108–042108-3.

67. Mingo, N. ‘Nanoparticles-in-alloy’ approach to efficient thermoelectrics: silicides in SiGe / N. Mingo [et al.] // Nano Lett. – 2009. – Vol. 9. – P. 711–715.

68. Kim, W. Phonon scattering cross section of polydispersed spherical nanoparticles / W. Kim, A. Majumdar // J. Appl. Phys. – 2006. – Vol. 99. – P. 084306–084306-7.

69. Pei, Y.Z. Combination of large nanostructure and complex band structure for high performance lead telluride / Y.Z. Pei [et al.] // Energy Environ. Sci. – 2011. – Vol. 4. – P. 3640–3645.

70. Girard, S.N. High performance Na-doped PbTePbS thermoelectric materials: electronic density of states modification and shape-controlled nano structures / S.N. Girard [et al.] // J. Am. Chem. Soc. – 2011. – Vol. 133. – P. 16588–16597.

71. Ito, M. Thermoelectric properties of Fe0.98Co0.02Si2 with ZrO2 and rare-earth oxide dispersion by mechanical alloying / M. Ito, T. Tada, S. Katsuyama // J. Alloys Compounds. – 2003. – Vol. 350. – P. 296–302.

72. Ito, M. Thermoelectric properties of β-FeSi2 with electrically insulating SiO2 and conductive TiO dispersion by mechanical alloying / M. Ito, T. Tanaka, S. Hara // J. Appl. Phys. – 2004. – Vol. 11. – P. 6215– 6209.

73. Huang, X.Y. Thermoelectric performance of ZrNiSn/ZrO2 composite / X.Y. Huang, Z. Xu, L.D. Chen // Solid State Commun. – 2004. – Vol. 130. – P. 181– 185.

74. He, Z.M. Nano ZrO2/CoSb3 composites with improved thermoelectric figure of merit / Z.M. He [et al.] // Nanotechnology. – 2007. – Vol. 18. – P. 235602– 235602-5.

75. Li, J.F. Effect of nano-SiC dispersion on thermoelectric properties of Bi2Te3 polycrystals / J.F. Li, J. Liu // Phys. Status Solidi. – 2006. – Vol. 203. – P. 3768–3773.

76. Park, D. Thermoelectric energy-conversion characteristics of n-type Bi2(Te,Se)3 nanocomposites processed with carbon nanotube dispersion / D. Park, M. Kim, T. Oh // Curr. Appl. Phys. – 2011. – Vol. 11. – P. S41–S45.

77. Li, F. Thermoelectric properties of n-type Bi2Te3-based nanocomposite fabricated by spark plasma sintering / F. Li [et al.] // J. Alloys Compd. – 2011. – Vol. 509. – P. 4769–4773.

78. Popov, M. C60-doping of nanostructured Bi–Sb– Te thermoelectric / M. Popov [et al.] // Phys. Status Solidi. – 2011. – Vol. 208. – P. 2783–2789.

79. Kulbachinskii, V.A. Composites of Bi2–xSbxTe3 nanocrystals and fullerene molecules for thermoelectricity / V.A. Kul bachinskii [et al.] // J. Solid State Chem. – 2012. – Vol. 193. – P. 64–70.

80. Zhao, X.Y. Synthesis of YbyCo4Sb12/Yb2O3 composites and their thermoelectric properties / X.Y. Zhao [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2006. – Vol. 89. – P. 092121–092121-3.

81. Панин, Ю.В. Влияние наноразмерного оксидного наполнителя на свойства халькогенидов висмута p-типа проводимости / Ю.В. Панин [и др.] // Вестник ВГТУ. – 2017. – № 5. – С. 151 – 156.

82. Li, H. Preparation and thermoelectric properties of highperformance Sb additional Yb0.2Co4Sb12+y bulk materials with nano structure / H. Li [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2008. – Vol. 92. – P. 202114 202114-3.

83. Liu, W. Thermoelectric property studies on Cudoped n-type CuxBi2Te2.7Se0.3 nanocomposites / W. Liu [et al.] // Adv. Energy Mater. – 2011. – Vol. 1. – P. 577– 587.

84. Ji, X.H. Improved thermoelectric performance in polycrystalline p-type Bi2Te3 via alkalimetal salt hydrothermal nanocoating treatment approach / X.H. Ji [et al.] // J. Appl. Phys. – 2008. – Vol. 104. – P. 034907– 034907-6.

85. Hicks, L.D. Effect of quantum-well structures on the thermoelectric figure of merit / L.D. Hicks, M.S. Dresselhaus // Phys. Rev. – 1993. – Vol. 47. – P. 12727– 12731.

86. Heremans, J.P. Thermopower enhancement in PbTe with Pb precipitates / J.P. Heremans, C.M. Thrush, D.T. Morelli // J. Appl. Phys. – 2005. – Vol. 98. – P. 063703–063703-6.

87. Paul, B. Embedded Ag-rich nanodots in PbTe: enhancement of thermoelectric properties through energy filtering of the carriers / B. Paul, A. Kumar V, P. Banerji // J. Appl. Phys. – 2010. – Vol. 108. – P. 064322–064322-5.

88. Zide, J.M. Thermoelectric power factor in semiconductors with buried epitaxial semimetallic nanoparticles / J.M. Zide [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2005. – Vol. 87. – P. 112102–112102-3.

89. Xiong, Z. Effects of nano-TiO2 dispersion on the thermoelectric properties of filled-skutterudite Ba0,22Co4Sb12 / Z. Xiong [et al.] // Solid State Sci. – 2009. – Vol. 11. – P. 1612 –1616.

90. Xiong, Z. High thermoelectric performance of Yb0,26Co4Sb12/yGaSb nanocomposites originating from scattering electrons of low energy / Z. Xiong [et al.] // Acta Mater. – 2010. – Vol. 58. – P. 3995–4002.

91. Xie, W.J. Simultaneously optimizing the independent thermoelectric properties in (Ti, Zr, Hf) (Co, Ni) Sb alloy by in situ forming InSb nanoinclusions / W.J. Xie // Acta Mater. – 2010. – Vol. 58. – P. 4705– 4713.

92. Ko, D.K. Enhanced thermopower via carrier energy filtering in solution-processable Pt-Sb2Te3 nanocomposites / Dong-Kyun Ko, Yijin Kang, Christopher B. Murray // Nano Lett. – 2011. – Vol. 11. – P. 2841–2844.

93. Zhang, Y. Silver-based intermetallic heterostructures in Sb2Te3 thick films with enhanced thermoelectric power factors / Y. Zhang [et al.] // Nano Lett. – 2012. – Vol. 12. – P. 1075–1080.

94. Kim, S.I. Enhancement of Seebeck coefficient in Bi0,5Sb1,5Te3 with high-density tellurium nanoinclusions / S.I. Kim [et al.] // Appl. Phys. Express. – 2011. – Vol. 4. – No. 9. – P. 091801 091801-3.

95. Lee, K. H. Enhancement of thermoelectric figure of merit for Bi0,5Sb1,5Te3 by metal nanoparticle decoration / K.H. Lee [et al.] // J. Electo. Mater. – 2012. – Vol. 41. – P. 1165–1169.

96. Ohta, H. Giant thermoelectric Seebeck coefficient of a two-dimensional electron gas in SrTiO3 / H. Ohta [et al.] // Nature Mater. – 2007. – Vol. 6. – P. 129–134.

97. Hicks, L.D. Experimental study of the effect of quantum-well structures on the thermoelectric figure of merit / L.D. Hicks [et al.] // Phys. Rev. – 1996. – Vol. 53. – P. R10493–R10496.

98. Harman, T.C. Nanostructured thermoelectric materials / T.C. Harman [et al.] // J. Electron. Mater. – 2005. – Vol. 34. – P. L19 – L22.

99. Heremans, J. P. Thermopower enhancement in lead telluride nanostructures / J. P. Heremans, C. M. Thrush, and D. T. Morelli // Phys. Rev. – 2004. – Vol. 70. – P. 115334–115334-5.

100. Dresselhaus, M.S. New directions for nanoscale thermoelectric materials research / M. S. Dresselhaus [et al.] // Mater. Res. Soc. Symp. Proc. – 2006. – Vol. 886. – P. 3–12.

101. Ravich, Y.I. Selective carrier scattering in thermoelectric materials // Y.I. Ravich. CRC Handbook of Thermoelectrics / D.M. Rowe [et al.]; ed. by D.M. Rowe. – CRC Press, Boca Raton, 1995. – P. 407–440.

102. Zide, J.M.O. Demonstration of electron filtering to increase the Seebeck coefficient in In0.53Ga0.47As/ In0.53Ga0.28Al0.19As superlattices / J.M.O. Zide [et al.] // Phys. Rev. – 2006. – Vol. 74. – P. 205335–205335-5.

103. Kishimoto, K. Influences of potential barrier scattering on the thermoelectric properties of sintered ntype PbTe with a small grain size / K. Kishimoto, K. Yamamoto, T. Koyanagi // Jpn. J. Appl. Phys. – 2003. – Vol. 42. – P. 501–508.

104. Homm, G. Thermoelectric measurements on sputtered ZnO/ZnS multilayers / G. Homm [et al.] // J. Electron. Mater. – 2010. – Vol. 39. – P. 1504 –1509.

105. Mahan, G.D. Theory of conduction in ZnO varistors / G.D. Mahan, L.M. Levinson, H.R. Philipp // J. Appl. Phys. – 1979. – Vol. 50. – P. 2799–2812.

106. Popescu, A. Model of transport properties of thermoelectric nanocomposite materials / A. Popescu [et al.] // Phys. Rev. – 2009. – Vol. 79. – P. 205302 – 205302-7.

107. Jones, R. E. Electrical, thermoelectric, and optical properties of strongly degenerate polycrystalline silicon films / R. E. Jones, S. P. Wesolovski // J. Appl. Phys. – 1984. – Vol. 56. – P. 1701 – 1706.

108. Seto, J.Y.W. The electrical properties of polycrystalline silicon films / J.Y.W. Seto // J. Appl. Phys. – 1975. – Vol. 46. – P. 5247–5254.

109. Kishimoto, K. Temperature dependence of the Seebeck coefficient and the potential barrier scattering of n-type PbTe films prepared on heated glass substrates by rf sputtering / K. Kishimoto, M. Tsukamoto, T. Koyanagi // Journal of Applied Physics. – 2002. – Vol. 92. – P. 5331–5339.

110. Faleev, S.V. Theory of enhancement of thermoelectric properties of materials with nanoinclusions / S.V. Faleev, F. Léonard // Phys. Rev. – 2008. – Vol. 77. – P. 214304–214304-9.

111. Li, H. High performance InxCeyCo4Sb12 thermoelectric materials with in situ forming nanostructured InSb phase / H. Li [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2009. – Vol. 94. – P. 102114–102114-3.

112. Liu, D.W. Effect of SiC nanodispersion on the thermoelectric properties of p-type and n-type Bi2Te3based alloys / D.W. Liu [et al.]// J. Electron. Mater. – 2011. – Vol. 40. – P. 992–998.

113. Dresselhaus, M.S. New Directions for LowDimensional Thermoelectric Materials / M.S. Dresselhaus [et al.] // Adv. Mater. – 2007. – Vol. 19. – P. 1043–1053.

114. Vedernikov, M.V. Experimental thermopower of quantum wires / M.V. Vedernikov [et al.] // in: Proceedings of the International Conference on Thermoelectric. – 2001. – Vol. 19. – P. 361 – 363.

115. Lin, Y.M. Transport properties of Bi1ÀxSbx alloy nanowires synthesized by pressure injection / Y.M. Lin [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2001. – Vol. 79. – P. 2403–2405.

116. Dresselhaus, M.S. Nanowires / M.S. Dresselhaus [et al.] // Springer Handbook of Nanotechnology Ed. Bharat Bhushan – Berlin Heidelberg:Springer-Verlag, 2010. – P. 113–160.

117. Bandaru, P.R. Electrical properties and applications of carbon nanotube structures / P.R. Bandaru // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. – 2007. – Vol. 7. – P. 1239–1267.

118. Jain, A.L. Temperature Dependence of the Electrical Properties of Bismuth-Antimony / A.L. Jain // Alloys Phys. Rev. – 1959. – Vol. 114. – P. 1518–1528.

119. Марков, О.И. Градиентно-варизонные сплавы висмут-сурьма / О. И. Марков // Успехи прикладной физики. – 2014. – T. 2. – № 5. – C. 447–452.

120. Rabin, O. Anomalously high thermoelectric figure of merit in Bi1−xSbx nanowires by carrier pocket alignment / O. Rabin, Y.-M. Lin, M.S. Dresselhaus // Appl. Phys. Lett. – 2001. – Vol. 79. – P. 81–83.

121. Ketterer, B. Mobility and carrier density in ptype GaAs nanowires measured by transmission Raman spectroscopy / B. Ketterer, E. Uccelli, A.F. Morral // Nanoscale. – 2012. – Vol. 4. – P. 1789–1793.

122. Ponseca, C.S. Bulk-like transverse electron mobility in an array of heavily n-doped InP nanowires probed by terahertz spectroscopy / C.S. Ponseca [et al.] // Phys. Rev. B – 2014. – Vol. 90. – P. 85405–85405-7.

123. Störmer, H.L. Electronic properties of modulation-doped GaAs-AlxGa1-xAs superlattices / H.L. Störmer [et al.] // Physics of Semiconductors ed. by B. L. H. Wilson Inst. Phys., Bristol. – 1979. – P. 557–560.

124. Наноэлектроника: теория и практика: учебник / В.Е. Борисенко [и др.]. – М: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013 – 366 с.

125. Pfeiffer, L. Electron mobilities exceeding 107 cm2/V s in modulation doped GaAs / L. Pfeiffer [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 1989. – Vol. 55. – P. 1888–1890.

126. Yu, P. Cardona, M. Fundamentals of Semiconductors: Physics and Materials Properties / P. Yu, M. Cardona. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2010. – 793p.

127. Walukiewicz, W. Electron mobility in modulation-doped heterostructures / W. Walukiewicz [et al.] // Phys. Rev. – 1984. – Vol. 30. – P. 4571–4582.

128. Kato, H. Thermoelectric quantum-dot superlattices with high ZT / H. Kato [et al.] // Proceedings of the 17th International Conference on Thermoelectrics. – 1998. – P. 253–256.

129. Sun, X. Experimental Study of the effect of the quantum well structures on the thermoelectric figure of merit in Si/Si1-xGex system / X. Sun [et al.] // Proceedings of the 18th International Conference on Thermoelectrics. – 1999. – P. 369–374.

130. Zebarjadi, M. Power factor enhancement by modulation doping in bulk nanocomposites / M. Zebarjadi [et al.] // Nano Lett. – 2011. – Vol. 11. – P. 2225–2230.

131. Yu, B. Enhancement of thermoelectric properties by modulation doping in silicon germanium alloy nanocomposites / B. Yu [et al.] // Nano Lett. – 2012. – Vol. 12. – P. 2077–2082.

132. Lan, Y.C. Enhancement of thermoelectric figure of merit by a bulk nanostructuring approach / Y.C. Lan [et al.] // Adv. Funct. Mater. – 2010. – Vol. 20. – P. 357–376.

133. Narayan, V. Unconventional metallicity and giant thermopower in a strongly interacting twodimensional electron system / V. Narayan [et al.] // Phys. Rev. B. – 2012. Vol. 86. – P. 125406–125406-7.

134. Machida, Y. Colossal Seebeck coefficient of hopping electrons in (TMTSF)2PF6 / Y. Machida [et al.] // Phys. Rev. Lett. – 2016. – Vol. 116. – P. 087003– 087003-5.

135. Литвинова, К.И. Термоэлектрические свойства скуттерудитов CexNdyCo4Sb12 / К.И. Литвинова [и др.] // ФТП. – 2017. – Т. 51. – Вып. 7. – С. 966–969.

136. Khovaylo, V.V. Rapid preparation of InxCo4Sb12 with a record-breaking ZT = 1.5: the role of the In overfilling fraction limit and Sb overstoichiometry / V.V. Khovaylo [et al.] // J. Mater. Chem. A – 2017. – Vol. 5 – P. 3541–3546.

137. Suekuni, K. Cu–S based synthetic minerals as efficient thermoelectric materials at medium temperatures / K. Suekuni, T. Takabatake // APL Materials. – 2016. – Vol. 4. – P. 104503–104503-11.

138. Kurochka, K.V. Investigation of electrical properties of glassy AgGe1+xAs1−x(S+CNT)3 (x = 0.4; 0.5; 0.6) at temperature range from 10 to 300K / K.V. Kurochka, N.V. Melnikova // Solid State Ionics. – 2017. – Vol. 300. – P. 53–59.

139. Аплеснин, С.С. Исследование электрических и термоэлектрических свойств сульфидов TmxMn1-xS / С.С. Аплеснин [и др.] // ФТТ. – 2016. – Т. 58. – № 1. – С. 21–26.

140. Liu, Z. Enhanced thermoelectric performance of Bi2S3 by synergistical action of bromine substitution and copper nanoparticles / Z. Liu [et al.] // Nano Energy. – 2015. – Vol. 13. – P. 554–562.

141. Du, X. Enhanced thermoelectric performance of chloride doped bismuth sulfide prepared by mechanical alloying and spark plasma sintering / X. Du, F. Cai, X. Wang // Journal of Alloys and Compounds. – 2014. – Vol. 587. – P. 6–9.

142. Иванов, Ю.В. Термоэдс латтинжеровской жидкости / Ю.В. Иванов, О.Н. Урюпин // Физика и техника полупроводников. – 2019. – Т. 53. – № 5. – С. 648–653.


Для цитирования:


Гриднев С.А., Калинин Ю.Е., Макагонов В.А. Физические основы увеличения термоэлектрической добротности наноструктурированных материалов. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2019;(34-36):41-72. https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.34-36.041-072

For citation:


Gridnev S.A., Kalinin Y.E., Makagonov V.A. Physical Principles of Increasing Thermoelectric Figure of Merit in Nanostructured Materials. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2019;(34-36):41-72. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.34-36.041-072

Просмотров: 137


ISSN 1608-8298 (Print)