Термоэлектрические свойства композитов из наночастиц углеродного волокна в матрице закиси меди
В.А. Макагонов, аспирант, А.С.Шуваев
Кафедра физики твёрдого тела
Закись меди (Cu2O), обладая высокими значениями коэффициента темоэдс (около 1000 мкВ/К), является привлекательным материалом для использования в термоэлектрических преобразователях энергии, однако для его практического применения значение удельного электрического сопротивления этого полупроводника слишком велико. В настоящей работе проведены исследования термоэдс и удельного электрического сопротивления композитов из наночастичек углеродного волокна (УНВ) в матрице Cu2O.
Для измерений использовались образцы, приготовленные путем перемешивания наночастиц УНВ и порошка Cu2O в планетарной шаровой мельнице с последующим двухстадийным прессованием: холодное брикетирование полученной шихты при давлении 200 МПа и горячее прессование при температуре 350 оС и давлении 500 МПа на воздухе в течение 15 минут. В ходе рентгеноструктурных исследований полученных образцов не обнаружилось каких-либо иных соединений меди кроме Cu2O.
На рисунке представлены зависимости коэффициента термоэдс и удельного электрического сопротивления композитов Cu2O – УНВ от массовой доли УНВ при комнатной температуре (300 К).
Зависимости коэффициента термоэдс и удельного электрического сопротивления композитов Cu2O – УНВ от массовой доли УНВ при комнатной температуре (300 К)
Из рисунка видно, что добавление УНВ приводит к уменьшению удельного электрического сопротивления в исследуемом диапазоне концентраций на 2-3 порядка. К сожалению, коэффициент термоэдс с увеличением содержания УНВ также уменьшается, причем наиболее сильно в области от 3 до 5 масс %. В области малых концентраций (до 3 масс % УНВ) влияние доли УНВ на уменьшение электрического сопротивления выражено сильнее, чем термоэдс, что приводит к увеличению такого важного для термоэлектриков параметра, как фактор мощности, в сравнении с чистым Cu2O на порядок. (для чистого Cu2O – 3,1·10-2мкВт·К-2·м-1, Cu2O+2,5 масс. % УНВ – 5,17·10-1 мкВт·К-2·м-1).
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 11-08-00855).
УДК 537.9
Резистивные нагреватели на основе композиционных пленок (Co84Nb14Ta2)х(Al2o3)100-х
А.О. Чеботарев, студент гр. ТФ-071, И.В. Бабкина, А.В. Ситников
Кафедра физики твёрдого тела
Разработка технологии создания унифицированных компонентов активных систем локальной термостабилизации необходима для защиты электронных модулей телекоммуникационного оборудования от воздействия экстремально низких температур и перегрева, для сокращения энергопотребления, возможности работы радиоэлектронной аппаратуры при экстремально высоких и низких температурах окружающей среды.
В качестве системы подогрева используется резистивный элемент. Наиболее перспективной является конструкция тонкопленочного резистивного элемента на гибкой основе. К резистивной пленке предъявляются требования по ее температурной стабильности в диапазоне рабочих температур (- 60-+100 0С), простоте изменения удельного электрического сопротивления в широких пределах и положительное значение температурного коэффициента сопротивления (ТКС). Всем этим критериям удовлетворяют наногранулированные композиты металл-диэлектрик в концентрационном диапазоне металлической фазы после порога перколяции. Поэтому в качестве материала резистивного нагревателя был выбран композит (Co84Nb14Ta2)Х(Al2O3)100-Х.
Для получения образцов использовался метод ионно-лучевого распыления металлической мишени и диэлектрических навесок из Al2O3 в атмосфере аргона. Полученные таким образом пленки обладают высоким удельным электрическим сопротивлением, зависящем от соотношения металлической и диэлектрической фаз. Пленки осаждались на лавсановую пленку толщиной 30 мкм. Толщина композиционной пленки составляла 1мкм. Состав композитов определялся методом электроннозондового рентгеноспектрального микроанализа с дисперсией по энергиям.
Были измерены концентрационные зависимости удельного электрического сопротивления композитов (Co84Nb14Ta2)Х (Al2O3)100-Х в интервале от 26 до 66 (ат.%) металлической фазы при комнатной температуре (Рисунок). Изменение концентрации Х немонотонно уменьшает электрическое сопротивление исследуемой системы примерно на 3 порядка величины. Полученная зависимость характерна для многих гетерогенных систем металл-диэлектрик, а значительное уменьшение удельного электрического сопротивления композитов при увеличении концентрации металлической фазы связывается с переходом от неметаллического типа проводимости к металлическому. Характерной особенностью данной зависимости является отклонение от монотонного поведения для составов, находящихся вблизи порога протекания, X=50 ат. %. Пленки после порога перколяции имели незначительный ТКС в диапазоне температур от минус 60 до 100 0С. Была разработана конструкция и изготовлен макет тонкопленочного нагревательного элемента.
Зависимость удельного электрического сопротивления наногранулированных
композитов (Co84Nb14Ta2)Х(Al2O3)100-X от содержания металлической фазы
УДК 537.8