Диссертации и авторефераты Украины
Перейти на каталог
Каталог авторефератов

Я ищу:
Диссертация / Автореферат

По вопросу доставки диссертации по этой теме пишите на электронный адрес: info@disser.com.ua
Тема автореферата диссертации: Тверді розчини на основі телуридів германію, олова і свинцю з ізо- та гетеровалентним заміщенням у катіонній підгратці 2004 года.
Источник: Автореф. дис... канд. хім. наук: 02.00.21 / Р.Я. Михайльонка; Прикарпат. нац. ун-т ім. В.Стефаника. — Івано-Франківськ, 2004. — 21 с. — укp.
Аннотация: Досліджено фізико-хімічні властивості сплавів на основі телуридів германію, олова й свинцю з заміщенням іонів у катіонній підгратці. Запропоновано кристалохімічні механізми утворення твердих розчинів на їх основі. то подвійне легування GeTe телуридами міді й вісмуту для (III) обумовлює утворення нейтральних комплексів та заліковування вакансій у катіонній підгратці, що є причиною різкого зменшення концентрації дірок. Розроблено хіміко-технологічні засади синтезу сплавів, які забезпечують одержання матеріалу з наперед заданими властивостями, необхідними для термоелектричних перетворювачів енергії у середньотемпературній області (300 - 850 К).

Текст работы:

Міністерство освіти і науки України

Прикарпатський національний університет
імені Василя Стефаника





Михайльонка Руслан Ярославович





УДК 546.48'24: 544.022.384.2





Тверді розчини на основі телуридів германію, олова і свинцю з ізо- та гетеровалентним заміщенням у катіонній підґратці





02.00.21 хімія твердого тіла




АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата хімічних наук





Івано-Франківськ 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Фізико-хімічному інституті при Прикарпатському національному університеті імені Василя Стефаника Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кланічка Володимир Михайлович,

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри теоретичної та експериментальної фізики, директор Інституту природничих наук,

м. Івано-Франківськ

Офіційні опоненти:

доктор хімічних наук, професор

Томашик Василь Миколайович,

Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лошкарьова
Національної академії наук України, вчений секретар,

м. Київ

доктор хімічних наук, професор
Лобанов Віктор Васильович,

Інститут хімії поверхні Національної академії наук України,
вчений секретар,

м. Київ

Провідна установа:

Київський національний університет
імені Тараса Шевченка,

м. Київ.

Захист відбудеться „ 12 ” листопада 2004 року о 1400 год, на засіданні спеціалізованої вченої ради К 20.051.03 при Прикарпатському національному університеті імені Василя Стефаника Міністерства освіти і науки України за адресою: 76000, м. Івано-Франківськ, вул. Галицька, 201, ауд.203.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці
Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника
(76025, м. Івано-Франківськ, вул. Шевченка, 57).

Автореферат розісланий „ 11 жовтня 2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

К 20.051.03, к. ф.-м. н., доцент                                        Прокопів В.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сполуки AIVBVI перспективні напівпровідникові матеріали для створення термоелектричних пристроїв, які працюють в інтервалі температур від кімнатної до 800-900 К [1*]. Ефективність використання термоелектричного матеріалу в першу чергу визначається його можливістю досягнення високих значень термоелектричної добротності Z (Z=α2σ/χ, де α коефіцієнт термо-е.р.с., σ питома електропровідність, χ коефіцієнт теплопровідності).

Серед сполук AIVBVI вигідно відрізняється своїми властивостями телурид свинцю: багатодолинний характер енергетичного спектру (N=4), низькі значення граткової теплопровідності (χг=2,0910-2 ВтК-1см-1), порівняно високі значення рухливості носіїв (μ≈103 см2В-1c-1), найбільше значення величини μχ-1, що веде до суттєвого зростання максимального значення термоелектричної добротності (Zmax) [2*]. На відміну від телуриду свинцю, який характеризується двосторонньою областю гомогенності і, відповідно, n- і р-типом, GeTe i SnTe мають тільки діркову провідність, а гомогенні сполуки повністю зміщені на боці телуру. Вони відзначаються значним відхиленням від стехіометрії (~1 ат.% Те для SnTe) і великими концентраціями носіїв (1020-1021 см-3), що обумовлює незначні рухливості, велику теплопровідність і низьку термоелектричну добротність (Z=0,1-0,210-3 К-1 для SnTe, Z=0,910-3 К-1 для GeTe) [3*]. Збільшення відношення рухливості носіїв струму до теплопровідності речовини можна досягти введенням ізовалентних чи гетеровалентних атомів заміщення за рахунок зростання розсіювання фононів і суттєвого зменшення коефіцієнта теплопровідності (χг) [4*,5*].

Не дивлячись на тривалі та багаточисельні дослідження телуридів германію, олова і свинцю, а також ряду твердих розчинів на їх основі, у літературі відсутні систематизовані дані відносно всього комплексу фізико-хімічних властивостей матеріалів. Це, частково, повязано з тим, що різні автори досліджували тільки окремі сторони питання. Останнє, ускладнює проблему оптимізації термоелектричних властивостей матеріалу та параметрів пристроїв. Крім того, для підвищення їх робочих характеристик необхідне чітке розуміння фізико-хімічної природи твердих розчинів, а також процесів, що відбуваються у базовому матеріалі у визначених технологічних умовах синтезу і експлуатації. Розвязання цих завдань може відкрити нові можливості практичного використання телуридів германію, олова і свинцю.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана в наукових лабораторіях Фізико-хімічного інституту при Прикарпатському національному університеті імені Василя Стефаника і є складовою частиною державної програми „Фундаментальні та прикладні дослідження, розробка та впровадження ресурсозберігаючих та відновлювальних джерел тепла та електричної енергії” (№1-14/259 від 25.04.1997 р.) та тематичних планів Міністерства освіти і науки України „Власні атомні дефекти у кристалах та тонких плівках сполук AIVBVI та їх роль у формуванні матеріалів для приладів ІЧ-техніки” (наказ №08-04-109 від 20.03.2001 р., реєстраційний номер №0101V002448) „Механізми розсіювання носіїв струму та оптимізація електричних властивостей кристалів і плівок халькогенідів свинцю для пристроїв оптоелектроніки” (наказ №633 від 05.11.2002 р., реєстраційний номер №0103V005787).

У рамках наукових проектів дисертантом виконано експериментальні дослідження твердих розчинів на основі телуридів германію, олова і свинцю і, зокрема, здійснено синтез сплавів, визначено залежність фізико-хімічних властивостей від складу.

Мета і задачі дослідження.

Метою роботи є встановлення закономірностей у зміні фізико-хімічних властивостей сплавів на основі телуридів германію, олова, свинцю із заміщенням елементів у катіонній підґратці і оптимізація їх термоелектричних параметрів.

У роботі поставлені і виконані наступні задачі:

  • прямим сплавленням компонентів проведено синтез сплавів, які піддавалися гомонізуючому відпалу та зонній перекристалізації;
  • методами рентгенографії та металографії уточнено межі існування гомогенних сплавів;
  • експериментально досліджено залежність фізико-хімічних властивостей сплавів від складу;
  • запропоновано кристалохімічні рівняння основних механізмів утворення твердих розчинів на рівні домінуючих моделей атомних дефектів;
  • визначено склади та технологічні умови синтезу сплавів, що забезпечують оптимальні значення термоелектричних параметрів.

Обєкт дослідження фізико-хімічні властивості і природа твердих розчинів на основі GeTe, PbTe i SnTe із заміщенням елементів у катіонній підгратці.

Предметом дослідження є тверді розчини на основі телуриду свинцю (PbTe-Eu2Te3(Gd2Te3, Tb2Te3), PbTe-CdTe(SnTe, GeTe, SmTe)); телуриду олова (SnTe-Pb(Sn, Ge, Bi, Sb, As), SnTe-Cu2Te(In2Te3, MnTe)); телуриду германію (GeTe-Cu2Te(Sb2Te3, Bi2Te3)), а також систем із складним легуванням у катіонній підґратці (GeTe)1-x[(Bi2Te3)1-y(Cu2Te)y]x, GexPb1-xTe-(BiySb1-y)2Te3, GexSn1-xTe-(BiySb1-y)2Te3.

Методи дослідження. Синтез твердих розчинів за керамічною технологією із високочистих елементів у вакуумі; гомогонізуючий відпал в атмосфері аргону та зонна перекристалізація; електронна оже-спектроскопія і хімічний аналіз кількісного складу; компенсаційні методи вимірювання електричних параметрів; методи рентгенографії і металографії фазового аналізу.

Наукова новизна одержаних результатів.

Проведені систематичні дослідження фізико-хімічних властивостей сплавів на основі телуридів германію, олова і свинцю із заміщенням у катіонній підґратці, а також їх кристалохімічний аналіз дали можливість отримати такі нові наукові результати:

1. Вперше запропоновано механізми утворення твердих розчинів на основі телуриду свинцю і Eu2Te3, Gd2Te3, Tb2Te3. Показано, що початкове різке зростання термоелектричних параметрів на основі електронного PbTe до 2 мол.% Gd2Te3 і 1 мол.% Tb2Te3 повязано із заміщенням іонів свинцю Gd(Tb), зменшенням концентрації вакансій у аніонній підґратці і утворенням вакансій у катіонній підґратці. Для твердих розчинів PbTe-Eu2Te3 переважають процеси повязані із зменшенням катіонних вакансій і утворенням міжвузлового телуру.

2. Склад