Моделирование тепловых полей в пространственно-неоднородных термоэлектрических структурах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат наук Нефедова, Ирина Александровна

• Нефедова, Ирина Александровна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Нефедова, Ирина Александровна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ОБЛАСТИ УВЕЛИЧЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДОБРОТНОСТИ

1.1. Анализ исследований в области термоэлектрических наноструктур

1.2. Обзор литературы по исследованию метода искрового плазменного спекания для создания объемных нанокристаллических термоэлектриков

1.3. Выбор термоэлектрического материала для исследования

1.4. Моделирование процесса искрового плазменного спекания для получения материалов с улучшенной термоэлектрической добротностью

1.5. Нелинейные и нелокальные термоэлектрические явления

1.6. Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИСКРОВОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ НА МАКРОУРОВНЕ

2.1. Моделирование температурных полей в рабочей зоне установки искрового плазменного спекания

2.2. Сравнение результатов моделирования с экспериментом

2.3. Подбор оптимальной матрицы пресс-формы установки искрового плазменного спекания

2.4. Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИСКРОВОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ НА УРОВНЕ НАНОЧАСТИЦ

3.1. Моделирование температурных полей в системе «два зерна: два усеченных конуса»

3.2. Моделирование температурных полей в системе «цепочка усеченных

конусов»

3.3. Сравнение результатов моделирования с экспериментом

3.4. Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ И НЕЛОКАЛЬНЫХ ЯВЛЕНИЙ

4.1. Исследование явлений на границе контакта «конус-пластина

4.2. Исследование явлений на границе контакта «две пластины»

4.3. Исследование возможности появления эффекта Бенедикса в модели «пластина с перемычкой»

4.4. Возможность проявления нелинейных явлений в модели «цепочка конусов»

4.5. Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование тепловых полей в пространственно-неоднородных термоэлектрических структурах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации. Современная энергетика развивается в двух направлениях: усовершенствование традиционных способов преобразования энергии и активные исследования в области альтернативной энергетики (гелио-, гидро- и геотермальная энергетика, биотопливо и др.). Вопросы производства энергии неразрывно связаны с проблемами неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Так, например, токсичные выбросы промышленных предприятий приводят к загрязнению атмосферы и водоемов, разрушению озонового слоя. Вследствие образования так называемых «озоновых дыр» усиливается вредное воздействие ультрафиолетового излучения на живые организмы, а также возникает «парниковый эффект», который приводит к изменению климата Земли. Поэтому экологическая безопасность методов производства, преобразования и использования энергии - фактор весьма значимый.

На развитие современной холодильной техники значительно повлияло подписание Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, и Киотского протокола в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Эти документы, кроме всего прочего, ставят своей целью ограничение производства и использования

хлорфторуглеродов, применяемых в качестве хладагентов [30,27]. Поэтому в настоящее время одним из приоритетных направлений развития низкотемпературной техники в части повышения экологической безопасности холодильных систем является переход на природные хладагенты [10]. Еще одним направлением исследований в этой области является усовершенствование энергетической эффективности

I 1 \ < ' , , ' I ) ij 1 111 1 ' 111

' I I 14 I I' 1 I ' < I ' II' I I ' . I * .'I | . , ' > I, м >< 1 , I , I

4 1 ' I I I ! 1 «\ 'i ' | > ) '[ 1 I I I V | ' I 1 ' III ' !

I '

термоэлектрических охладителей, которые, кроме своей экологической безопасности имеют большое число преимуществ, таких как [12, 34]:

1) значительный срок эксплуатации (не менее 20 лет), как следствие отсутствия движущихся частей и обычных рабочих веществ;

2) возможность изготовления модулей различных габаритов без уменьшения величины холодильного коэффициента;

3) возможность плавного и точного регулирования холодопроизводительности и температурного режима (до 0,1 °С);

4) возможность легкого перехода из режима охлаждения в режим нагрева;

5) независимость от ориентации в пространстве;

6) надёжность;

7) возможность локального охлаждения.

Энергетическая эффективность термоэлектрических охладителей определяется безразмерным параметром [10]

к '

где Т - абсолютная температура, Z- термоэлектрическая добротность, о, к, а- соответственно коэффициенты электропроводности, теплопроводности и термоЭДС используемого материала.

Таким образом, материалы с высокой электропроводностью и низкой теплопроводностью являются лучшими термоэлектриками. По этому критерию можно сразу исключить из числа хороших термоэлектрических материалов металлы ввиду их большой теплопроводности, а также диэлектрики за их малую электропроводность. Данные типы материалов не имеют высокой термоэлектрической добротности. Еще в середине прошлого века А.Ф.Иоффе показал, что лучшими термоэлектриками являются полупроводники. Их преимуществом является возможность регулирования электропроводности и типа основных носителей легированием.

В результате использования полупроводниковых сплавов в 1960-х годах были достигнуты значительные успехи в области повышения термоэлектрической добротности [58, 37, 38]. Но, несмотря'на достаточно активные исследования в разных странах мира, до конца XX века значение параметра ХТ в лучших полупроводниковых термоэлектриках удалось увеличить от значений ZT=0.^5 лишь до 2Т=1.0 при комнатных температурах. Это обстоятельство существенно ограничивает сферу применения термоэлектричества [10]. Если бы удалось повысить значение. ZT до 2.0-3.0, то это увеличило бы КПД термоэлектрических преобразователей до 20%, а 0-4.0 создает возможность реальной

конкуренции холодильным агрегатам [24].

Таким образом, одной из важнейших задач термоэлектричества является увеличение эффективности термоэлектрических охладителей. Эту задачу можно решить применением в производстве ТЭО наноструктурированных полупроводниковых материалов. К их числу относятся: сверхрешетки, тонкие пленки, нанотрубки, композиты с включением наногранул, наночастицы. В ряде работ' [24, 47, 68, 87, 64, 39, 62] обнаружено существенное увеличение термоэлектрической добротности в подобных структурах. Существует несколько технологий, позволяющих получать наноструктурированные материалы. Как правило, они состоят из двух этапов. Первый этап заключается в измельчении исходного кристаллического материала до порошкообразного состояния с размером частиц порядка нескольких нанометров. Второй этап состоит в том, что. полученный порошок спекают до получения наноструктурированного материала. Большой проблемой на данном этапе является процесс рекристаллизации порошка с увеличением структурных зерен до нескольких десятков нанометров, тогда как для повышения термоэлектрической добротности желательны размеры зерен порядка одного десятка нанометров. Увеличение термоэлектрической добротности в наноструктурах с малым размером зерен

обусловлено как минимум тремя факторами: дополнительным рассеянием фононов на границах зерен, туннелированием носителей между зернами и энергетической фильтрацией носителей вследствие наличия потенциальных барьеров между нанозернами [47]. В качестве технологии,' позволяющей получать спеченные наноструктурированные материалы с наименьшей степенью рекристаллизации, хорошо зарекомендовало себя искровое плазменное спекание SPS (Spark Plasma Sintering). По сравнению с традиционными методами (свободное спекание, горячее прессование), система искрового плазменного спекания позволяет получать высококачественные спеченные материалы при меньших температурах и за меньшее время. Подробно этот процесс будет описан в Главе 1. Существует много факторов, оказывающих влияние на получение материала с прогнозируемыми свойствами при SPS- методе. Этими факторами являются, как и свойства самого исходного порошка, так и технологические параметры, задаваемые в лроцессе спекания. Таким образом, появляется возможность управления получаемой наноструктурой, возможность контроля роста кристаллов, сохранение исходных свойств материала. Эта технология позволила получать материалы с лучшими показателями термоэлектрической добротности по сравнению с аналогичными, но полученными другими методами [47].

В настоящее время проведено множество экспериментов по спеканию материалов SPS- методом, но не разработано единой теории, позволяющей заранее задавать технологические параметры установки для получения материалов с прогнозируемыми свойствами. Это обусловлено тем, что некоторые важные аспекты искрового плазменного спекания пока изучены слабо. Речь идет о физических процессах, протекающих при спекании порошка на уровне отдельных нанозерен. Так как в процессе искрового плазменного спекания происходит взаимодействие теплового и электрического полей, а также присутствует механическая составляющая, то

построение теоретической модели и проведение соответствующих расчетов -задача очень сложная. Кроме того, при спекании порошков, имеющих размер зерен всего несколько нанометров, в спекаемом материале могут возникать нелинейные явления (эффект Бенедикса, инверсионный термоэлектрический эффект). В случае проявления данных эффектов классические формулы становятся неприменимыми для данных явлений. И так как физика процессов, протекающих в пространстве между зернами спекаемого материала, еще не до конца изучена, исследование и моделирование явлений, возникающих именно в этой области, представляет большой интерес.

На основании вышеизложенного, целями диссертации являются:

1. Разработка рекомендаций для создания наноструктурированных материалов с прогнозируемыми свойствами, в т.ч. с улучшенной термоэлектрической добротностью.

2. Построение математической модели, максимально достоверно описывающей процессы, происходящие внутри спекаемого образца.

3. Описание метода определения нелинейности системы и оценка степени влияния нелинейности и нелокальности на результаты искрового плазменного спекания материала.

Предметом исследования данной работы являются тепловые поля,, возникающие в матрице пресс-формы установки искрового плазменного спекания, а также поля, возникающие в области контакта отдельных частиц при консолидации наноструктурированных материалов. Исследование носит теоретический характер и осуществляется численным моделированием физических процессов в.программном пакете Со1шо1 МиШрЬуБЮБ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка условных обозначений и списка литературы. В первой главе проведен обзор работ, посвященных. исследованию вопросов повышения термоэлектрической добротности наноструктурированных термоэлектриков.. Во второй главе проведено моделирование процесса искрового плазменного

спекания на макроуровне, то есть рассматривается рабочая зона установки искрового плазменного спекания со спекаемым образцом и анализируется температурное поле макрообъекта. В третьей главе моделируются тепловые поля в моделях, описывающих контакт частиц спекаемого материала. В четвертой главе рассматриваются условия, при которых могут возникать нелинейные и нелокальные явления.

Научная новизна результатов исследования:

1. Проведено моделирование температурных полей на границах отдельных нанозерен термоэлектрического материала;

2. Показана картина распределения температурного поля на макро -и наноуровне при моделировании синтеза наноструктурированного материала методом искрового плазменного спекания;

3. Приведены примеры расчета возможности проявления нелинейных и нелокальных явлений.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Полученные в работе теоретические результаты могут быть использованы при организации экспериментов в области синтеза наноструктурированных материалов и дальнейшего серийного производства термоэлектриков.

2. Результаты моделирования могут быть использованы в дальнейших исследованиях возможности прогнозирования свойств синтезируемых методом искрового плазменного спекания термоэлектрических материалов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты численного моделирования температурного поля рабочей зоны установки в БРБ-процессе в условиях, соответствующих эксперименту. Средняя температура образца, полученная численным моделированием 8Р8-процесса. Проверка степени различия температуры спекания в различных точках образца;

2. Результаты оценки времени перехода 8Р8-процесса в стационарный режим при .различных значениях напряжения;

3. Результаты оценки времени нагрева отдельных наночастиц до температур плавления в областях их контакта друг с другом. Распределение температурных полей в наночастицах при различных значениях прикладываемого напряжения;

4. Результаты расчета величины перегрева на контактах зерен в зависимости от их размера;

5. ' Результаты оценки возможности проявления нелинейных и нелокальных явлений при спекании материала в различных моделях.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ОБЛАСТИ УВЕЛИЧЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДОБРОТНОСТИ

1.1 Анализ исследований в области термоэлектрических наноструктур

Интенсивные исследования в области наноструктурированных материалов начались в 1990-х годах. В 1993 году Дрессельхаус и Хикс предположили, что увеличение добротности термоэлектрических материалов, представляющих собой структуры с размерами, соизмеримыми с длиной свободного пробега электронов (в виде одномерных проволок) может быть вызвано квантово-размерными эффектами. Начиная с 2000 года, были зарегистрированы «значительные улучшения значения термоэлектрической добротности наноструктурных материалов, которая в некоторых случаях существенно превышала добротность исходных кристаллических материалов» [24, 47]. Так, например, в работе [68] было получено ЪТ=22 при Т=800К включением в теллурид свинца наноточек и .БЬ

(AgPbmSbTe2+m). В работе [62] в РЬ|.Х ЕихТе/РЬТе структурах-с несколькими квантовыми ямами были получены оценочные значения ZT примерно в два раза превышающие добротность объемного РЬТе 0,9 при 300 К). В

работе [87] в сверхрешетках В12Тез/8Ь2Тез р-типа была получена рекордная добротность 2Т=2.4 при Т=300К за счет понижения решетчатой теплопроводности. В работе [64] в нанопроволоках висмута диаметрами 9 и 15 нм, включенных в пористый оксид алюминия и пористый диоксид кремния, экспериментально было получено значительное увеличение термо-ЭДС. В работе [39] в кремниевых нанопроволоках с площадью поперечного сечения от 10x20 нм до 20x20 нм путем изменения размеров и количества примесей было достигнуто 100 -кратное улучшение по сравнению с объемным материалом в широком диапазоне температур, в том числе ЪТ ~ 1 при 200 К.

На рисунке 1 представлены некоторые виды наноструктур на основе теллурида висмута.

Рисунок 1 — Виды наноструктур из теллурида висмута: а) нанопластины [88], б) нанокапсулы [94], в) нанопроволоки [93] Причины увеличения добротности в наноструктурах

«Существуют как минимум три фактора, благодаря которым в наноструктурах наблюдается увеличение термоэлектрической добротности» [47]. Первым фактором является «дополнительное рассеяние фононов на границах нанозерен» [49, 51, 52]. Таких границ в наноструктурированном материале гораздо больше, чем в объемном кристаллическом материале, поэтому фононная теплопроводность у такого материала должна быть меньше по сравнению с исходным кристаллическим материалом. «Рассеяние фононов на границах зерен уменьшает решеточную теплопроводность и, следовательно, увеличивает термоэлектрическую добротность (коэффициент теплопроводности к, состоящий из электронной и фононной теплопроводности, входит в знаменатель выражения для определения добротности). По-видимому, этот фактор играет ключевую роль в увеличении термоэлектрической добротности объемных нанокомпозитов на основе В12Тез».

В работе [13] был произведен расчет «решеточной теплопроводности в модели Дебая с учетом рассеяния фононов на границах наночастиц. Оценка влияния рассеяния фононов на теплопроводность в наноструктурированном материале на основе В12Те3 с размером зерен порядка 20 нм показала, что

данное явление способствует уменьшению решеточной теплопроводности на 20-30% по сравнению с исходным материалом» [13].

В работе [19] оценивались кинетические коэффициенты и термоэлектрическая эффективность наноструктурированного материала на основе В12Те3-8Ь2Тез с включением твердого раствора того же состава, но с аморфной структурой. Таким образом материал содержал как нанокристаллические (твердый раствор с нановключениями или поликристалл с наноразмерными зернами), так и аморфные области, имеющие частицы различного размера. «Изменение кинетических коэффициентов и термоэлектрической добротности исследовалось в зависимости от состава и параметров этих областей. Оценки показали увеличение термоэлектрической добротности аморфной области в 2-3 раза по сравнению с исходным материалом, что обусловлено большим уменьшением решеточной теплопроводности». Также было показано, что значение ZT>1.5 может быть получено при содержании аморфных включений более 35-55%. В работе [18] исследовалась зависимость решеточной теплопроводности объемных наноструктурированных материалов на основе твердых растворов ВъТе3-8Ь2Те3 от распределения зерен по размерам. «Структура данных материалов поликристаллическая и размеры зерен варьируются от десятков нанометров до нескольких микрометров, причем более крупные зерна могут иметь включения или состоять из нескольких более мелких частей, которые соответствуют областям когерентного рассеяния при дифракции рентгеновских лучей. В работе [18] проведен расчет изменения решеточной теплопроводности благодаря дополнительному рассеянию на включениях и межзеренных границах и проведено сравнение результатов с экспериментальными данными. Были использованы три разных подхода к описанию рассеяния на границах зерен, учитывающих распределение этих зерен по размерам. Первый подход основан на введении дополнительного механизма рассеяния, с которым связана длина свободного пробега, равная

Ь ' у I ' '

размеру зерна и соответствующая времени релаксации. Второй подход называется методом эффективной среды. В нем условно принимается, что образец можно разбить на слои, которые в свою очередь состоят из кубиков-отдельных зерен. При данном подходе возможно учесть уменьшение теплопроводности матрицы как за счет рассеяния на границах, так и за счет контактного теплосопротивления. Третий подход, являющийся упрощенным вариантом метода Монте-Карло, позволяет провести расчет теплопроводности поликристалла с учетом граничного рассеяния в предположении, что длина свободного пробега фононов для обычных механизмов рассеяния распределена с плотностью вероятности, описывающей распределения длин свободного пробега в газах» [18]. В работе показано, что при использовании последних двух подходов получаются схожие результаты по снижению решеточной теплопроводности при рассеянии на границах зерен. Также показано, что повышению термоэлектрической добротности способствует уменьшение разброса размеров наночастиц [18].

Вторым фактором является энергетическая фильтрация носителей вследствие наличия потенциальных барьеров между нанозернами с неоднородной структурой. Это обстоятельство обнаруживается, когда длина свободного пробега носителей заряда сильно зависит от энергии вблизи уровня химического потенциала. Это может привести к селективному рассеянию носителей заряда, которое заключается в том, что носители с энергией выше энергии Ферми проходят через границу между нанозернами, практически не рассеиваясь. Благодаря этому увеличивается термо-ЭДС, которая определяется разностью между энергией носителя заряда и энергией Ферми [11].

В работе [20] показано, что «сепарация носителей тока по энергиям при уменьшении размеров нанозерен по сравнению с исходным кристаллическим материалом способствует уменьшению электропроводности и увеличению

термо-ЭДС наноструктурированного материала на 10-20%, которое в свою очередь, может привести к увеличению ТТ на 20-40%. Возрастание термо-ЭДС на 10% происходит при уменьшении размеров зерен от нескольких сотен нм до 50 нм». Механизм увеличения добротности состоит в том, что с уменьшением размеров зерен, снижается электропроводность. Это, в свою очередь, приводит к пропорциональному уменьшению электронной теплопроводности, и сепарация носителей тока по энергиям обеспечивает увеличение термоэлектрической добротности. При размерах зерен порядка 50 нм увеличение термоэлектрической добротности составляет около 20% и дальнейшее уменьшение размеров зерен способствует еще большему увеличению добротности [47, 20].

Третьим фактором является туннелирование электронов между зернами наноструктурного материала. В работе [21] была получена оценка термоэлектрической эффективности наноструктурированного В12Те3 с размером наночастиц от 10 до 20 нм по сравнению с исходным объемным материалом. Моделируемая структура представляла собой кристаллические конусообразные наночастицы, разделенные туннельными барьерами. «Был произведен расчет кинетических коэффициентов туннельного барьера с условиями, обеспечивающими основной вклад в переносе тепла и заряда туннелированию электронов. Такие условия были следствием предельного случая, когда между наночастицами имеется вакуумный зазор» [11]. Было получено, что при определенном отношении решеточной теплопроводности в барьере к электронной составляющей термоэлектрическая эффективность наноструктуры может быть выше, чем у исходного материала и может достигать значений 2.5-4. Такие значения ТХ объясняются высокой термо-ЭДС и низкой теплопроводностью барьеров. Причем полученные в работе [21] результаты являются предельным случаем.

«Увеличение термоэлектрической добротности происходит в основном из-за низкой теплопроводности наноструктур» [68, 87, 55, 63, 65, 50, 66, 96].

Очевидно, что в объектах таких размеров проявляются квантовые размерные эффекты, которые могут влиять практически на любые свойства вещества [35].

Основные механизмы увеличения термоэлектрической добротности, условия их реализации и причины сведены в таблицу 1. Таблица! — Механизмы увеличения термоэлектрической добротности [11,

95]

Механизм увеличения добротности Условия реализации Возможная величина увеличения эффективности

Дополнительное рассеяние фононов Ь< (10-20) нм Рост ZTksl(15-25)%

Туннелирование носителей 1 )Ь< (10 — 20) нм 2) Вакуумные зазоры между нанозернами ~(7 -2) нм Рост ZT в 3,0-3,5 раза

Сепарация носителей по энергиям 1) К (10-20) нм 2) Уменьшение ст и крь компенсируют друг друга Рост фактора мощности ста2 на 10 %

1.2 Обзор литературы по исследованию метода искрового плазменного спекания для создания объемных нанокристаллических

термоэлектриков

Для получения объемных нанокомпозитных материалов обычно используется технология, включающая в себя два этапа. На первом этапе из исходного кристаллического материала методом механоактивационной обработки в планетарной шаровой мельнице (рисунки 2 и 3) получают нанопорошок. Принцип действия планетарной шаровой мельницы

заключается в том, что материал помещают в барабан с мелющими шарами. Барабаны (как правило, три или четыре) вращаются вокруг центральной оси мельницы и одновременно вокруг собственной оси. В результате шары приобретают центростремительное ускорение величиной до 90g, интенсивность измельчения растет и размеры частиц порошка получаются порядка Юнм [11].

Рисунок 3 - Схема рабочей зоны в шаровой мельнице и способы вращения: а) вращение в одном направлении, б) вращение в двух направлениях, в)

вращение в трех направлениях [73] Второй этап заключается в спекании полученного порошка, который может быть реализован путем горячего прессования либо методом искрового плазменного спекания.

Виды барабанов и мелющих шаров б)

Идея применения электрического тока для спекания металлических порошков была впервые озвучена в 1906 году в Англии в патенте на аппарат, использующий для спекания порошков постоянный ток [89]. Далее в 1930-х годах в США был получен патент на аппарат осуществляющий спекание порошков твердых сплавов с использованием электрического тока в процессе горячего прессования [78]. В 1944 году был запатентован метод спекания меди, латуни, бронзы и алюминия в устройстве для точечной сварки. В конце 1950-х подобный метод был применен для спекания металлических порошков в похожем устройстве, с применением внешнего давления. В Японии в 1960-х аналогичный процесс был исследован и запатентован. Также было высказано предположение, что импульсный ток эффективен для уплотнения на начальных стадиях спекания для металлов с низкой температурой плавления (например, висмут, кадмий, свинец, олово) и на более поздней стадии спекания для металлов с высокой температурой плавления (например, хром, молибден, вольфрам) [84, 60]. С 1973 года в Институте проблем материаловедения национальной академии наук Украины под руководством А.И. Райченко разрабатывалось оборудование для спекания, использующее низковольтные импульсы тока [7]. В 90-х годах резко возросло количество публикаций по этому направлению. Немалую роль в этом сыграло начало производства лабораторного и промышленного оборудования для технологии искрового плазменного спекания японской компанией Sumitomo Heavy Industries, Ltd. (рисунок 4). В настоящее время Япония является крупнейшим поставщиком данного типа оборудования на мировом рынке.

Рисунок 4 - Внешний вид установки «Spark Plasma Sintering» SPS-625, SPS SYNTEX INC. Ltd, (НОЦ «Нанотехнологии» ННГУ) [7] Принципиальная схема установки искорового плазменного спекания изображена на рисунке 5.

Инертный газ

Вакуумный насос

Пресс

Гидропривод

Источник

пульсирующего тока

Система управления

Каркас

Вакуумная камера Смотровое окно

Спекаемый порошок

спекания [36]

Основными элементами установки искрового плазменного спекания являются: охлаждаемая вакуумная камера с возможностью использования инертных газов, вертикальный пресс, источник импульсного тока и система управления.

Рабочая зона установки представляет собой вакуумную камеру, в которой находится спекаемый порошок, помещенный в графитовые обжимки ( рисунок 6).

й

/ -

Графит Сталь

Спекаемый1 материал

Рисунок 6 - Рабочая зона установки Сверху и снизу обжимки соединены с пуансонами, которые оказывают двойное действие на спекаемый материал: через них сначала порошок прессуют, а потом пропускают импульсный электрический ток большой величины (до 60 кА)[42]. Длительность одного импульса составляет от нескольких мс до нескольких десятков мс [72]. За счет этого в перешейках между зернами возникает искровая плазма, и температуры в зоне контакта частиц становятся очень высокими (до 10000 °С) [36]. Из-за значительной локальной концентрации Джоулева тепла происходит переход вещества из твердого состояния частично в плазменное, частично - в жидкое. Частицы

Заключение диссертации по теме «Теплофизика и теоретическая теплотехника», Нефедова, Ирина Александровна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. - В диссертации методом компьютерного моделирования были проведены исследования тепловых полей синтезируемого методом искрового плазменного спекания наноструктурированного термоэлектрического материала. В главе 2 была построена математическая модель, максимально достоверно описывающая процессы, происходящие в рабочей зоне установки искрового плазменного спекания. Моделирование тепловых полей на макроуровне показало результат, сопоставимый с экспериментальными данными, что дает основания предполагать, что описанный в -главе 2 подход к моделированию рабочей зоны установки, в целом, верный. Также в результате моделирования были установлены оптимальные геометрические размеры цилиндрической графитовой пресс-формы, позволяющие создавать температурные условия, необходимые для получения наноструктурированного теллурида висмута.

2. В работе впервые моделировалось температурное поле спекаемого образца на наноуровне. В главе 3 была построена математическая модель, описывающая процессы, происходящие внутри спекаемого образца в масштабе отдельных зерен. Как и в случае со спеканием на макроуровне, здесь также были получены результаты, согласующиеся с экспериментом, но на слишком малых временах. На основании этих данных был сделан вывод о том, что, по-видимому, слияние частиц материала во время искрового плазменного спекания не является причиной консолидации материала в единый образец. Вероятно, есть другие механизмы, позволяющие получать в процессе искрового плазменного спекания наноструктурированные материалы, и их исследование представляет большой научный интерес.

3. В главе 4 диссертации- описана методика определения характерной длины изменения температуры для различных моделей, приводящих к возникновению больших градиентов температур. Численное моделирование с помощью метода конечных элементов оказалось удобной методикой выявления степени нелинейности каждой конкретной задачи. В некоторых моделях значение характерной длины изменения температуры попало в диапазон, при котором обычные линейные уравнения переноса, такие как обобщенные законы Ома и Фурье, становятся неприменимыми для описания данной модели. Поэтому в дальнейшем необходимо исследовать кинетические коэффициенты, которые бы учитывали нелинейнь1е явления при расчетах.

4. Результаты моделирования продемонстрировали широкие возможности компьютерного моделирования для решения физических задач и изучения тепловых процессов, происходящих при искровом плазменном спекании- Моделирование позволяет оперативно задавать любые физические параметры образца и очень быстро получать результаты. Поскольку реальные эксперименты по синтезу наноматериалов весьма дорогостоящи, представляет большой интерес усовершенствование методики компьютерного моделирования этого процесса. Это позволит в будущем получить точную технологию создания образцов материалов с заранее известными свойствами, в том числе наноструктурированных термоэлектрических материалов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нефедова, Ирина Александровна, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Анатычук Л.П., Булат Л.П., Комолов E.H. Термоэдс Бенедикса в электронном германии. // Физика и техника полупроводников. - 1982. - Т. 16. - № 9. - С. 1711-1713.

[2] Анатычук Л.И., Булат Л.П., Комолов E.H., Ладыка Р.Б. Нелинейный термоэлектрический эффект в n-Ge // Физика и техника полупроводников. -1984. -Т. 18. -№ 2. - С.342-345.

[3] Анатычук Л.И., Булат Л.П. Полупроводники в экстремальных температурных условиях / СПб.: Наука, 2001.-224 с.

[4] Асач A.B., Нефедова И.А Влияние применения нанокомпозитных материалов на энергетические показатели и габаритные размеры термоэлектрической батареи // Сборник трудов молодых ученых. — Ч. I. -СПб: СПбГУНиПТ. - 2010. - С. 21-23.

[5] Ашмонтас С.П., Пожела В.К., Рёпшас К. Биградиентная эдс .горячих носителей тока // Лит. физ. сборник. - 1971. - Т.П. -№2. - С.243-245.

[6] Бараненко А. В., Белозеров Г. А., Таганцев О. М., Смыслов В. И., Бондарев В. Н. Состояние и перспективы развития холодильной отрасли в России. // Холодильная техника. - 2009. - № 3. - С. 20-24.

[7] Болдин М.С. Физические основы технологии электроимпульсного плазменного спекания: электронное учебно-методическое пособие /М. С. Болдин. - Нижний Новгород: Нижегородский государственный университет им Н.И. Лобачевского, 2012. -59 с.

[8] Бублик В., Драбкин И.А., Каратаев В.В., Лаврентьев М.Г., Освенский В.Б., Булат Л.П., Пивоваров Г.И., Сорокин А.И., Табачкова Н. Объемный наноструктурированный термоэлектрический материал на основе (Bi,Sb)2Te3, полученный методом искрового плазменного спекания (SPS) // Термоэлектрики и их применения. - СПб: Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе. - 2013. - С. 23-28.

[9] Бублик В.Т., Драбкин И.А., Освеиский В.Б., Пивоваров Г.И., Сорокин А.И., Табачкова Н.Ю, Структура и термоэлектрические свойства объемного материала на основе (Bi,Sb)2Te3, полученного из смеси нано-и микрокомпонентов методом SPS Термоэлектрики и их применения: доклад XIII Межгос. семинара (нояб. 2012 г.) / Физ. - техн. ин-т им. А. Ф. Иоффе [и др.]. - СПб, 2013. - С. 35-40.

[10] Булат Л.П. Термоэлектрическое охлаждение: состояние и перспективы // Холодильная техника. - 1999 . - №7. - С. 12-14.

[11] Булат Л.П., Бочков Л.В., Нефедова И.А., Ахыска Р. Наноструктурирование как способ повышения эффективности термоэлектриков // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2014. - №4. -С. 48-56.

[12] Булат Л.П., Ведерников М.В.Г Вялов А.П. Термоэлектрическое охлаждение: Текст лекций. / Под общ. ред. Булата Л.П. - СПб.:СПбГУНиПТ, 2002. - 147 с.

[13] Булат Л.П., Драбкин И.А., Каратаев В.В., Освенский В.Б., Пшенай-Северин Д.А. Влияние рассеяния на границах на теплопроводность наноструктурированного полупроводникового материала на основе твердого раствора BixSb2-xTe3 // Физика твердого тела. - 2010. - Т. 52. - № 9. - С. 1712-1716.

[14] Булат Л. П., Драбкин И. А.,' Новотельнова А. В., Освенский В. Б., Пархоменко Ю. Н., Пшенай-Северин Д. А., Сорокин А. И., Нефедова И. А. О создании функционально- градиентных термоэлектриков методом искрового плазменного спекания // Письма в журнал технической физики. - 2014. - Т. 40.-№21.-С. 79-87.

[15] Булат Л. П., Нефедова И. А. О критериях нелинейности и нелокальности в термоэлектричестве // Термоэлектрики и их применения. - СПб: Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе. - 2013. - С. 198-202.

[16] Булат Л.П., Нефедова И.А. О нелинейных термоэлектрических явлениях // Вестник международной академии холода. - 2012. - № 6. - С. 54-56.

[17] Булат Л. П., Нефедова И. А., Пшенай-Северин Д. А. Моделирование искрового плазменного спекания термоэлектрических материалов для охладителей // Труды XXIII Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. - 2014. -С.570-573.

[18] Булат Л.П., Освенский В.Б., Пархоменко Ю.Н., Пшенай-Северин Д.А. Влияние распределения зерен по размерам на решеточную теплопроводность наноструктурированных материалов на основе В12ТеЗ-8Ь2ТеЗ // Физика твердого тела. - 2013. - Т. 55. - № 12. - С. 2323-2330.

[19] Булат Л.П., Освенский В.Б., Пархоменко Ю.Н., Пшенай-Северин Д.А. Исследование возможностей увеличения термоэлектрической эффективности в наноструктурированных материалах на основе В12ТеЗ-8Ь2ТеЗ // Физика твердого тела. - 2012. - Т. 54. - № 11. - С. 2036-2042.

[20] Булат Л.П., Освенский В.Б., Пшенай-Северин Д.А, Каратаев В.В., Пархоменко Ю.Н., Пивоваров Г.И., Табачкова Н.Ю. Энергетическая фильтрация носителей тока в наноструктурированном материале на основе теллурида висмута // Физика твердого тела. - 2011. - Т. 53. - № 1. - С. 29-34.

[21] Булат Л. П., Пшенай-Северин Д. А. Влияние туннелирования на термоэлектрическую эффективность объемных наноструктурированных материалов // Физика твердого тела.'- 2010. - Т. 52. - № 3. - С. 452-458.

[22] Булат Л. П., Пшенай-Северин Д. А., Нефедова И. А., Новотельнова А. В., Гуревич Ю. Г. Тепловые и электрические поля при искровом плазменном спекании термоэлектрических материалов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. -2014. - №.5. - С. .38 - 45.

[23] Вейнгер А.И., Крамер Н.И., Парицкий Л.Г., Абдинов А.Ш. Возникновение термоэдс в однородном полупроводнике (явление Бенедикса)

при разогреве неравновесных носителей тока СВЧ-полем в германии // ФТП. - 1972. - Т.6. - Вып.7. - С.1354-1358

[24] Дмитриев A.B., Звягин И.П. Современные тенденции развития физики термоэлектрических материалов // Успехи физических наук. - 2010. - Т. 180 № 8.-С. 821-838.

[25] Драбкин И.А., Освенский В.Б., Сорокин А.И., Булат Л.П., Пивоваров Г.И. Анизотропия термоэлектрических свойств объемного наноструктурированного материала на основе (Bi,Sb)2Te3, полученного методом искрового плазменного спекания (SPS) // Термоэлектрики и их применения. - СПб: Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе. - 2013.— №13.-С.. 29-34.

[26] Кессель Х.У. Современные SPS-технологии на пути к производству новых материалов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.fct-sy sterne .de/download/20110208082651/S intered-materials-on-the-way-to~cfî-Ber_DKG86_l 0-2009~Rus.pdf (дата обращения: 31.07.14).

[27] Киотский протокол к Рамочной конвенции ООН об изменении климата [Электронный ресурс]. - http://stckpi.kharkov.org/rus/category/ The_text_of the_Kyoto_Protocol.html (дата обращения: 31.07.14).

[28] Лаптев A.M., Ткаченко Я.Ю. Моделирование горячего прессования порошковых материалов с нагревом электрическим током. Современное состояние и пути развития // Ресурсозбер1гаюч1 технологи виробництва та обробки тиском матер1ал1в у машинобудуванш. - 2010. - С. 54-62.

[29] Магомедов Я. Б., Гаджиев Г. Г., Омаров 3. М. Температурная зависимость теплопроводности и электропроводности Bi2Te3 и его расплава // Фазовые переходы, упорядоченные состояния и новые материалы. — 2013. — Вып. 9.- С. 1-5.

[30] Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.un.org/ru/documents/decl conv/conventions/montreal_prot.shtml (дата обращения: 31.07.14).

[31] Нефедова И. А. Термотуннельная эмиссия электронов в-твердотельных преобразователях энергии // Сборник трудов молодых ученых. — Ч. I. — СПб: СПб ГУНиПТ. - 2008. - С.47 -51.

[32] Нефедова И. А., Асач А. В. Использование SPS-метода для получения термоэлектрических материалов // Сборник трудов молодых ученых. - 2010. -Ч. I.-C. 16-20.

[33] Нефедова И. А., Асач А. В. Моделирование температурных полей в условиях спекания объемных термоэлектриков SPS-методом // Термоэлектрики и их применения. - СПб: Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе. - 2010. - С. 58-63.

[34] Суздалев И.П. Нанотехнология: пути развития и перспективы, Аналитический обзор // Вестник РФФИ. - 2006. - N6. - С. 27-46.

[35] Трушкин А.Н. Химия и электрорадиоматериалы: учебное пособие/ А.Н. Трушкин. - Севастополь: СевНТУ, 2013.-201 с.

[36] Aalund R. Spark plasma sintering [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ceramicindustry.com/articles/spark-plasma-sintering (дата обращения: 31.07.14).

[37] Abeles В. Lattice Thermal Conductivity of Disordered Semiconductor Alloys at High Temperatures // Physical Review. - 1963. - V. 131. - P. 1906-1911.

[38] Abeles В., Beers D. S., Cody G. D., and Dismukes J. P. Thermal conductivity of Ge-Si alloys at high temperatures // Physical Review. -1962. - V. 125. - P. 4446.

[39] Akram I. Boukai, Bunimovich Yuri, Tahir-Kheli Jamil, Yu Jen-Kan, William A. Goddard III, Heath James R. Silicon nanowires as efficient thermoelectric materials- Supplementary Information (Experiment) // Nature. - 2008. - V. 451. -P. 168-171.

[40] Anatychuk L. I., Bulat L. P. Thermoelectric Phenomena under Large Temperature Gradients. In "Thermoelectrics Handbook: Macro to Nano-Structured Materials" // Ed. by D. M,Rowe. CRC Press, 2006. - Chapter 3.

[41] Anselmi-Tamburinia U., Gennarib S., Garaya J.E., Munir Z.A. Fundamental investigations on the spark plasma sintering/synthesis process II. Modeling of current and temperature distributions // Materials Science and Engineering. - 2005. -V. A394.. - P. 139-148.

[42] Bergman Th. L., Lavine A. S., Incropera F. P., Dewitt D. P. Fundamentals of heat and mass transfer. 7th ed./ John Wilesy & Sonss, P. 2011. - 1050.

[43] Bulat L.P., Drabkin I.A., Karatayev V.V., Osvenskii V.B., Parkhomenko Yu.N., Pshenay-Severin D.A., Sorokin A.I. The influence of anisotropy and nanoparticle size distribution on the .lattice thermal conductivity and the thermoelectric figure of merit in nanostructured (Bi,Sb)2Te3 // Journal of Electronic Materials.-2014.-V. 43. - №6.-P.2121-2126.

[44] Bulat L.P., Drabkin I.A., Karatayev V.V., Osvenskii V.B., Parkhomenko Yu.N., Sorokin A.I., Pshenai-Severin D.A., Blank V.D., Pivovarov G.I., Bublik V.T., Tabachkova N.Yu. Structure and transport properties of bulk nano-thermoelectrics based on BixSb2-xTe3 fabricated by SPS method // Journal of Electronic Materials. - 2013. - V. 42. -№ 7. - P.2110-2113.

[45] Bulat L. P., Nefedova I. A. Nonlocal transport phenomena in semiconductors // Journal of Thermoelectricity..-2013. - № 2. - P. 5-11.

[46] Bulat L. P., Nefedova I. A., Pshenai-Severin D. A., Targeted Use of SPS Method for Improvement of Thermoelectrics // Abstracts of «CIMTEC 2014: 6th Forum on New Materials», Montecatini Terme, 2014, Abstract № #FD-2L21.

[47] Bulat L.P., Pshenai-Severin D.A., Karatayev V.V.,Osvenskii V.B., Parkhomenko Yu.N., Lavrentev V., Sorokin A.,Blank V.D., Pivovarov G.I., Bublik V.T., Tabachkova N.Yu. Bulk Nanocrystalline Thermoelectrics Based on Bi-Sb-Te Solid Solution // The delivery of nanoparticles. - 2012. - P. 453—486.

[48] Cengel Y.A., Ghajar A.J. Heat and Mass Transfer // 4th ed., Tata McGraw-Hill Education Pvt. Ltd. - 2011,

[49] Chen G. In Recent Trends in Thermoelectric Materials Research III // Academic Press. -2001. -V. 71. - P. 203-259

[50] Chen G. Thermal conductivity and ballistic-phonon transport in the cross-plane direction of superlattices // Physical Review B. - 1998. - V. 57. - P. 1495814973.

[51] Chen G., Dresselhaus M. S., Dresselhaus G., Fleurial J. P. and Caillat T. Recent developments in thermoelectric materials // International Materials Reviews. - 2003. - V.48. - P. 45-66.

[52] Chen G, Narayanaswamy G., A., Dames C. Engineering nanoscale phonon and photon transport for direct energy conversion // Superlattices And Microstructures. - 2004. - V.35. - P. 161-172.

[53] Chen G., Yan X.A., Poudel B., Ma Y., Liu W.S., Joshi G., Wang H. Experimental Studies on Anisotropic Thermoelectric Properties and Structures of n-Type Bi2Te2.7Se0.3 // Nano Letters. - 2010. -V. 10. - P. 3373-3378

[54] Drabkin I.A., Osvenskii V.B., Parkhomenko Yu.N., Sorokin A.I., Pivovarov G.I., Bulat L.P. Anisotropy of thermoelectric properties of p-type nanostructured material based on (Bi, Sb)2Te3 // Journal of Thermoelectricity. - 2013. - № 3. - P. 35-46.

[55] Dresselhaus M. S., Chen G., Tang M. Y., Yang R. G., Lee H., Wang D., Ren Z., Fleurial J. P. and Gogna P. New Directions for Low-Dimensional Thermoelectric Materials // Advanced Materials. - 2007. - V. 19. - № 8. - P. 1043-1053.-

[56] Ghoshal U., Ghoshal S., McDowell C., Shi L. Enhanced thermoelectric cooling at cold junction interfaces // Applied Physics Letters. - 2002. -V.80. - № 16.-P. 3006-3008

[57] Giuntini D., Olevsky E.A., Garcia-Cardona C., Maximenko A. L., Yurlova M. S., Haines C. D., Martin D. G. and Kapoor D. Localized Overheating Phenomena and Optimization of Spark-Plasma Sintering Tooling Design // Materials. -2013. -V. 6(7).-P. 2612-2632.

[58] Goldsmid H. J. The Electrical Conductivity and Thermoelectric Power of Bismuth Telluride// Proceedings of the Physical Society. - 1958. - V. 71. - № 4. -P. 633-646.

[59] Grasso S., Sakka Y., Maizza G. Electric current activated/assisted sintering (ECAS): a review of patents 1906-2008 // Science and technology of advanced materials. - 2009. - V. 10. - 053001. - P. 1-24.

[60] Groza J. R. and Dat V. Quach Field Activated Sintering- Technique -Introduction // Darmstadt: International Spring School on Field Assisted Sintering Technique. - 2011.

[61] Guillonneau G., Feulvarch E., Kermouche G., Pavia A., Peigney A., Chevallier G., Weibel A. et Estournes C. Simulation multi-physique du procédé de frittage SPS (Spark Plasma Sintering) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://csma2013.csma.fr/articles/a_ZLKN4PGl.pdf (дата обращения: 31.07.14).

[62] Harman, Т. С. Thermoelectric quantum dot superlattices with high ZT // Journal of Electronic Materials. -2000. - № 29 (1). - L1-L4.

[63] Harman T. C., Taylor P. J., Walsh M. P., LaForge В. E. Quantum Dot Superlattice Thermoelectric Materials and Devices// Science. - 2002. -V. 297. -№ 5590. - P. 2229-2232.

[64] Heremans, J. P. Thrush C.M, Morelli D.T, Wu M.C Thermoelectric Power of Bismuth Nanocomposites // Physical Review Letters. - 2002. - V.88. - P. 1-4.

[65] Hicks L. D. and Dresselhaus M. S. Effect of quantum-well structures on the thermoelectric figure of merit // Physical. Review B. - 1993. - V. 47. - P. 1272712731.

[66] Hochbaum A. I., Chén R., Delgado R. D., Liang W., Garnett E. C., Najarian M., Majumdar A. and Yang P. Enhanced thermoelectric performance of rough silicon nanowires // Nature. - 2007. - V. 451. - P. 163-167.

[67] Holland Т. В., Anselmi-Tamburini U., Quach D. V., Tran Т. В., Mukherjee A. K. Effects of local Joule heating during the field assisted sintering of ionic

ceramics // Journal of the European Ceramic Society. - 2012. - № 32. - P. 36673674.

[68] Hsu K. F., Loo S., Guo F., Chen W., Dyck J. S., Uher C., Hogan Т., E. K. Polychronia and Kanatzidis M.- G. Cubic AgPb(m)SbTe(2+m): bulk thermoelectric materials with high figure of merit // Science. - 2004. - V. 303. - P. 818-821.

[69] Hust J. G. NBS Special Publication 260-89, 1984 [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.nist.gov/srm/upload/SP260-89.PDF (дата обращения: 31.07.14).

[70] Hust J.G., Giarratano P.J. NBS Special Publication 260-46, 1975 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www. nist.gov/srm/upload/S P260-46.PDF (дата обращения: 31.07.14).

[71] Kessel Н. U., Hennicke J., Schmidt J., Weissgarber Т., Kieback B.F., Herrmann M., Rathel J.Texwwor^ спекания в электрическом поле: "FAST" (field assisted sintering technology)- новый метод спекания металлических и керамических материалов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.fct-systeme.de/download/20110314153 706/F AST.pdf (дата обращения: 31.07.14).

[72] Kopeliovich D. Spark plasma sintering [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www. substech.com/dokuwiki/doku.php? id=spark_plasma_sintering (дата обращения: 31.07.14).

[73] Koumoto К., Mori Т. Thermoelectric Nanomaterials. Materials Design and Applications/Springer, 2013. —440 p.

[74] Mehta R.J., Zhang Y., Karthik C., Singh В., Siegel R.W., Borca-Tasciuc Т., Ramanath G. A new class of doped nanobulk high-figure-of-merit thermoelectrics by scalable bottom-up assembly // Nature materials. - 2012. - V.l 1. - № 3. - P. 233-240 •

[75] Mondalek P., Silva L., Durand L. and Belleta M. Numerical modeling of thermal-electrical phenomena in spark plasma sintering // AIP Conference Proceedings. - 2010. - V. 1252. - P. 697-704.

[76] Nguyen P.K., Lee K.H., Moon J., Kim S.I., Ahn K., Chen L., Lee S.M., Chen R., Jin S., Berkowitz A.E. Spark erosion: a high production rate method for producing Bio.5Sb1.5Te3 nanoparticles with enhanced thermoelectric performance // Nanotechnology. -2012. - V. 23. -№ 41. - P. 56-59.

[77] Overall Heat Transfer Coefficients for some common Fluids and Heat Exchanger Surfaces [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.engineeringtoolbox.com/overall-heat-transfer-coefficients-d_284.html (дата обращения: 31.07.14).

[78] Patent US №1896854 07.02. 1933 Taylor G.F. Apparatus for Making Hard Metal Compositions // Patent US № 1896854.1933.

[79] Poudel В., Hao Q., Ma Y., Lan Y., Minnich A., Yu В., Yan X., Wang D., Muto A., Vashaee D. High-Thermoelectric Performance of Nanostructured Bismuth Antimony Telluride Bulk Alloys// Science. - 2008. - № 320. - P. 634638.

[80] Poudel В., Hao Q., Ma Y., Lan Y., Minnich A., Yu В., Yan X., Wang D., Muto A., Vashaee D., Chen X., Liu J., Dresselhaus M.S., Chen G., Ren Z. High-thermoelectric performance of nanostructured bismuth antimony telluride bulk alloys// Science. - 2008. -V. 320. -№ 5876. - P. 634-638.

[81] Poudel В., Hao Q., Ma Y., Lan Y., Yu В., Yan X., Vashaee'D., Chen X., Dresselhaus M.S. Enhanced thermoelectric figure-of-merit in p-type nanostructured bismuth antimony tellurium alloys made from elemental chunks // Nano Letters. - 2008. - V. 8. - № 8. - P. 2580-2584.

[82] Son J.S., Choi M.K., Han M., Park K., Kim J., Lim S.J., Oh M., Kuk Y., Park C., Kim S., Hyeon T. N-type nanostructured thermoelectric materials prepared from chemically synthesized ultrathin Bi2Te3 nanoplates // Nano letters . - 2012. — V. 12.-№2.-P. 640-647.

[83] Stecker K., Sussmann H., Eichler W., Heiliger W., Stordeur M. Wiss. Z. Martin-Luther-Univ. Halle/Wittenberg, Math-Naturwiss. -1978. -№ R 27. - P. 5.

[84] Suárez M., Fernández A., Menéndez J.L., Torrecillas R., Kessel H. U., J. Hennicke, Kirchner R. and Kessel T. Challenges and Opportunities for Spark Plasma Sintering : A Key Technology for a New Generation of Materials // Sintering Applications. - 2013. - P. 319-342.

[85] Total Emissivity of Various Surfaces [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.contilca.dk/Download/litteratur/emission.pdf (дата обращения: 31.07.14).

[86] Vasconcelos F. М., Mello L. А. М. and Silva Е. С. N. Design of spark plasma sintering graphite die using topology optimization // Mecánica Computational . -2010.-V.29.-P.8411-8420

[87] Venkatasubramanian R., Siilvola E., Colpitis T. and O'Quinn B. Thin-film thermoelectric devices with high room-temperature figures of merit // Nature. -2001.-V. 413.-P. 597-602.

[88] Wang W.Z., Poudel В., Yang J. High-yield synthesis of single-crystalline antimony telluride nano plate using a solvothermal approach // Journal of the American Chemical Society. - 2005. - V. 127. - P. 13792-13793.

[89] Xie G. Spark Plasma Sintering: A Useful Technique to Develop Large-Sized Bulk Metallic Glasses // Powder Metallurgy and Mining. - 2013. -V.2. - P. 1-3.

[90] Xie W.J., Yan Y.G., Tang X.F., Zhang Q.J., Brown C.M., Tritt T.M. Identifying the specific nanostructures responsible for the high thermoelectric performance of (Bi, Sb) 2Te3 nanocomposites // Nano letters. - 2010. - V. 10. - № 9.-P. 3283-3289.

[91] Xie W.J., Yan Y.G., Tang X.F., Zhang Q.J., Tritt T.M. High thermoelectric performance BiSbTe alloy with unique low-dimensional structure // Journal of Applied Physics. - 2009. - V. 105.-№ 11.-P. 113713.

[92] Xie W.J., Yan Y.G., Tang X.F., Zhang Q.J., Tritt T.M. Unique nanostructures and enhanced thermoelectric performance of melt-spun BiSbTe alloys // Applied Physics Letters. - 2009. - V. 94. - № 10. - P. 102111-102111-3.

[93] Yu H., Gibbons P.С., Buhro W.E. Bismuth, tellurium, and bismuth telluride nanowires // Journal of Materials Chemistry. - 2004. - V. 14. - P. 595-602.

[94] Zhao X.B., Sun Т., Zhu T.J., Tu J.P. In-situ investigation and effect of additives on low temperature aqueous chemical synthesis of Bi2Te3 nanocapsules // Journal of Materials Chemistry. - 2005. - V. 15. - P. 1621-1625.

[95] [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// traverss.ru/grafitovaya folga_graf (дата обращения: 31.07.14).

в—а в а в ав

^■а к IM' —

■ мплгаз 1

монтаж, техническое обслуживание криогенных систем, сетей мед газоснабжения

ООО "Лембит" 194356 Санкт-Петербург ул.Композиторов, д. 10, лит. А, пом. 142-Н тел./факс: [phone] [e-mail]

УТВЕРЖДАЮ Директор ООО «ЛЕМБИТ» /ч> / /V^/^A.B. Михайлова

АКТ\%\ LtiCo.AU'

____"V /

об использовании результатов "

кандидатской диссертационной работы

Нефедовой Ирины Александровны

/о/ (

1 \[ 'laißfl^ff09 " сентября 2014 г.

л / //

\\

,

Комиссия в составе:

председатель: Директор ООО «ЛЕМБИТ» Михайлова A.B.

члены комиссии: Главный инженер проекта ООО «ЛЕМБИТ» Павлов С.О.

составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы «Моделирование тепловых полей в пространственно - неоднородных термоэлектрических структурах», представленной на соискание .ученой степени кандидата технических наук, были использованы в рамках Договора между ООО «ЛЕМБИТ» и ЗАО «Энергохимтек» на выполнение проектных работ. Результаты моделирования были использованы при разработке системы захолаживания криогенного насоса для специального стенда. Это позволило улучшить технологические характеристики системы захолаживания криогенного насоса, повысить ее экономическую эффективность и уменьшить предполагаег^це=гро ввода в эксплуатацию. . ,/V

Председатель комиссии: -Михайлова A.B.

и*

Члены комиссии:

Отдел кадров

Павлов С.О.

с подлинньжШ%%

Заа. ништ ларшаша С.Е. Петрова --

ООО «Лембит» ИНН 7802018559 КПП 780201001 ' Юр. Адрес 194356 СПб, ул. Композиторов, д. 10, лит. А, Банк Северо-Западный Банк ОАО «Сбербанк России» г. СПб Р/с 40702810755080110542, К/с ЗОЮ 1810 5000 0000 0653, ОГРН 1027801557178'