КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 20-19-00494

НазваниеРазработка физико-технологических основ создания эффективных многосекционных термоэлементов, работающих в широкой области температур

Руководитель Штерн Юрий Исаакович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" , г Москва

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-305 - Физические аспекты получения, преобразования и передачи электроэнергии

Ключевые слова Термоэлектричество, физико-технологические основы, термоэлектри-ческие материалы, термоэлектрическая добротность, эффект Пельтье, эффект Зеебека, термоэлектрические устройства, термоэлектрические генераторы, многосекционные термоэлементы, наноструктурированные материалы, тех-нология термоэлементов, тепло- и электрофизические параметры, контакт-ные системы, методики измерений.

Код ГРНТИ47.03.05, 53.41.39, 47.13.11

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Сдерживающим фактором широкого применения термоэлектрических устройств (ТЭУ) является их низкая эффективность, определяемая, невысокой термоэлектрической добротностью (Z) полупроводниковых материалов, используемых для реализации эффектов Пельтье и Зеебека. Однако, достижения нанотехнологии в последнее время открыли новые возможности в поиске перспективных термоэлектрических материалов (ТЭМ). Кроме того, эффективность ТЭУ и в первую очередь, коэффициент полезного действия термоэлектрических генераторов (ТЭГ) может быть увеличен за счет расширения интервала рабочих температур и, соответственно, увеличения разности температур горячих и холодных спаев ТЭГ. Реализовать этот замысел возможно, если использовать многосекционные ветви в термоэлементе. В результате выполнения проекта будут разработаны физико-технологических основы создания эффективных многосекционных термоэлементов (МТЭ), работающих в широкой области температур. Это позволит существенно продвинуться в решении основной проблемы термоэлектричества - повышение эффективности ТЭУ, работающих в интервалах температур от 200 до 1200 К. В процессе разработки физико-технологических основ создания эффективных МТЭ будут получены следующие результаты, обладающие научной новизной: а) будут предложены составы, определены методы и режимы направленной кристаллизации ТЭМ с повышенной термоэлектрической добротностью (ZТ ~ 1,2 ÷ 1,4) в области температур от 200 до 1200 К. На основании результатов исследований температурных зависимостей термоэлектрических параметров, полученных с использованием разработанных методик, для каждого из разработанных ТЭМ будут установлены интервалы температур с максимальным значением Z. Будет предложена методика и определены механизмы теплопереноса в ТЭМ при различных температурах. б) для каждого из разработанных ТЭМ будут определены дисперсности порошков, из которых получены наноструктурированные материалы с увеличенным значением Z (ZТ ~ 1,4 ÷ 1,7) за счет снижения фононной составляющей теплопроводности. Будут определены методы и установлены режимы получения наноструктурированных ТЭМ. Будут установлены зависимости дисперсности частиц ТЭМ и значений фононной составляющей теплопроводности, а также электропроводности. Будут определены соотношения значений фононной и электронной составляющих теплопроводности (заявка на изобретение). в) впервые будет установлена временная термическая стабильность каждого из разработанных наноструктурированных ТЭМ в рекомендуемых интервалах рабочих температур, т.е. в интервалах, где эти ТЭМ имеют максимальные значения Z. г) будут разработаны и обоснованы: - структуры КС и материалы функциональных слоев КС; - способы подготовки поверхности образцов для каждого из разработанных ТЭМ, перед нанесением КС, включающие механическую и химическую обработку, финишную очистку в вакууме; - способы и режимы нанесения КС вакуумным напылением, химическим и электрохимическим осаждением, для каждого ТЭМ, обладающих низким омическим сопротивлением (на уровне 10-9 Ом·м2), высокими адгезионной прочностью (не менее 12 МПа) и антидиффузионными свойствами, временной термической стабильностью (заявка на изобретение). д) будут обоснованы и разработаны структура и способы формирования КС для МТЭ с использованием композиционного материала на основе углеродных нанотрубок. Предложенный способ позволит обеспечить формирование КС, содержащих контактный слой, диффузионно-барьерный слой и демпферный слой композиционного материала, увеличивающего механическую прочность и повышающего термическую стойкость термоэлементов в широком интервале температур. е) будут предложены материалы, способы и режимы нанесения защитных покрытий для термоэлементов с рабочими температурами до 1200 К, предотвращающие окисление и сублимацию ТЭМ (заявка на изобретение). ж) для предотвращения коррозии будут предложены материалы, разработаны способы и режимы герметизации термоэлементов, работающих в области низких температур (заявка на изобретение). и) будут предложены и обоснованы оригинальные способы коммутации секций МТЭ, изготовленных из различных ТЭМ и работающих в широкой области температур (до 1200 К), обеспечивающие необходимую механическую прочность и низкое электрическое сопротивление коммутации не снижающие эффективность ТЭ (заявка на изобретение). к) будут разработаны методика и оригинальная математическая модель для расчета и оптимизации конструкций МТЭ, основанные на использовании тепло- и электрофизических параметров ТЭМ и заданных рабочих температур. Размер каждой секции термоэлементов определяется с учетом температурного профиля, при котором ТЭМ этой секции имеет максимальную термоэлектрическую добротность. Методика ориентирована на получение максимальной эффективности, в том числе, КПД генераторных термоэлементов. Для реализации методики будет разработано и зарегистрировано программное обеспечение.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---