mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2014-2-86-91mateltech-126Research ArticleМатериаловедение и технология. ПолупроводникиMATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. SEMICONDUCTORSИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ И РАЗМЕРНЫХ СВОЙСТВ СПИННИНГОВАННЫХ ПОРОШКОВ p–Bi0,5Sb1,5Te3, СКОМПАКТИРОВАННЫХ ГОРЯЧИМ ВАКУУМНЫМ ПРЕССОВАНИЕМ И ИСКРОВЫМ ПЛАЗМЕННЫМ СПЕКАНИЕМStudy of Structural and Dimensional Characteristics of the Melt Spun p–Bi0.5Sb1.5Te3 Powders Compacted by Vacuum Hot Pressing and Spark Plasma SinteringМельниковА. А.MelnikovA. A.

аспирант(1), ведущий специалист(2) 

Postgraduate Student (1), Leading Specialist (2);  

КостишинВ. Г.KostishinV. G.

доктор физ.−мат. наук, доцент, заведующий кафедрой; 

Dr. Sci. (Phys.–Math.), Associate Professor, Head of Chair «Technology of Materials of Electronics»; 

КичикС. А.KichikS. A.

ведущий специалист; 

Leading Specialist; 

АленковВ. В.AlenkovV. V.

генеральный директор. 

General Director. 

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049, Россия ООО НПО «Кристалл», ул. Станционная, д. 45−Б, Королев, Московская обл., 141060, РоссияРоссияNational University of Science and Technology «MISiS», 4 Leninskiy prospekt, Moscow, 119049 Russia Crystal Ltd., 45B Stantsionnaya Str., Korolev, Moscow Region, 141060 RussiaRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС», Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049, РоссияРоссияNational University of Science and Technology «MISiS», 4 Leninskiy prospekt, Moscow, 119049 RussiaRussian FederationООО НПО «Кристалл», ул. Станционная, д. 45−Б, Королев, Московская обл., 141060, РоссияРоссияCrystal Ltd., 45B Stantsionnaya Str., Korolev, Moscow Region, 141060 RussiaRussian Federation201425062015028691Copyright © Мельников А.А., Костишин В.Г., Кичик С.А., Аленков В.В., 20152015Мельников А.А., Костишин В.Г., Кичик С.А., Аленков В.В.Melnikov A.A., Kostishin V.G., Kichik S.A., Alenkov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/126

Получены порошки термоэлектрического материала Bi0,5Sb1,5Te3 p−типа проводимости методом спиннингования расплава (сверхбыстрой закалки из жидкого состояния). Определены их структурные и размерные характеристики. Установленная кристаллографическая группа и параметры решетки порошкового материала соответствуют материалу p−Bi0,5Sb1,5Te3, закристаллизованному в равновесных условиях, что свидетельствует об идентичности их кристаллической структуры. Из порошков методами горячего вакуумного прессования и искрового плазменного спекания скомпактированы образцы. Установлено, что при компактировании спиннингованных порошков p−Bi0,5Sb1,5Te3 возможно возникновение частичной аксиальной текстуры [001], направленной вдоль оси приложения давления. Электрофизические и термоэлектрические свойства образцов измерены в направлении, перпендикулярном к оси приложения давления, в диапазоне температур 100—700 К. Показано, что образцы, приготовленные указанными методами, обладают низкой теплопроводностью, сохраняя при этом значения электропроводности и коэффициента Зеебека, сравнимые с аналогичными величинами для традиционных закристаллизованных материалов. За счет этого термоэлектрическая эффективность ZТ достигает значений 1,05—1,15 при 330— 350 К, что говорит о высокой перспективности применения указанных технологий. 

P–type thermoelectric Bi0,5Sb1,5Te3 powders were obtained by the melt spinning technique (extremely rapid quenching from the liquid state) and their structural and dimensional characteristics were characterized. The crystallographic group and the lattice parameters of the powders correspond to those for Bi0,5Sb1,5Te3 crystallized in equilibrium conditions which suggests the identity of the crystal structure. The powders were compacted by vacuum hot pressing and spark plasma sintering. We found that the partial axial texture [001] directed along the axis of pressure application could be formed during the compacting of the powders. Temperature dependences of the thermoelectric characteristics of the compacted material were measured in a direction perpendicular to the pressure application axis in the 100—700 K range. It is demonstrated that the compacted samples possess low thermal conductivity while retaining the Seebeck coefficient and the electrical conductivity values comparable to crystallized material; therefore ZT reaches 1,05—1,15 in the 330—350 K range which indicates high prospects of applying these technologies. 

термоэлектричествоспиннингованиеспиннингованные порошкителлуриды висмута и сурьмыискровое плазменное спеканиеthermoelectricitymelt spinningmelt−spun powdersbismuth antimony telluridespark plasma sinteringReferencesCahn,R.W.PhysicalMetallurgy/Ed.R.W.Cahn,P.Haasen. − New York : Elsevier Sci. Publ., 1983. − 1042 p.Cahn,R.W.PhysicalMetallurgy/Ed.R.W.Cahn,P.Haasen. − New York : Elsevier Sci. Publ., 1983. − 1042 p.Белов, А. Ф. Получение однородных твердых растворов методом сверхбыстрого охлаждения / А. Ф. Белов, В. М. Глазов, Ю. З. Ятманов, А. Я. Потемкин // ДАН СССР. − 1984. − Т. 277, No 5. − С. 1155—1160.Белов, А. Ф. Получение однородных твердых растворов методом сверхбыстрого охлаждения / А. Ф. Белов, В. М. Глазов, Ю. З. Ятманов, А. Я. Потемкин // ДАН СССР. − 1984. − Т. 277, No 5. − С. 1155—1160.Глазов, В. М. Структурные особенности сплавов системы Bi−Te, полученных при сверхбыстрой закалке жидкой фазы / В. М. Глазов, Ю. В. Ятманов, А. Б. Иванова // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. − 1986. − Т. 22, No 4. − С. 596—599.Глазов, В. М. Структурные особенности сплавов системы Bi−Te, полученных при сверхбыстрой закалке жидкой фазы / В. М. Глазов, Ю. В. Ятманов, А. Б. Иванова // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. − 1986. − Т. 22, No 4. − С. 596—599.Гогишвили, О. Ш. Получение сплавов на основе халькогенидов висмута и сурьмы методом сверхбыстрого охлаждения расплавов / О. Ш. Гогишвили, С. П. Лалыкин, С. П. Криворучко // VII Всесоюз. конф. «Химия, физика и техническое применение халькогенидов». − Ужгород, 1988. − С. 368.Гогишвили, О. Ш. Получение сплавов на основе халькогенидов висмута и сурьмы методом сверхбыстрого охлаждения расплавов / О. Ш. Гогишвили, С. П. Лалыкин, С. П. Криворучко // VII Всесоюз. конф. «Химия, физика и техническое применение халькогенидов». − Ужгород, 1988. − С. 368.Xie, W. J. Nanostructure and thermoelectric properties of p−type Bi0,5Sb1,5Те3 compound prepared by melt spinning technique / W. J. Xie, X. F. Tang, G. Chen, Q. Jin , Q. J. Zhang // The 26th Internat. Conf. on Thermoelectrics. − Jeju Island (Korea), 2007. pp. 23—26.Xie, W. J. Nanostructure and thermoelectric properties of p−type Bi0,5Sb1,5Те3 compound prepared by melt spinning technique / W. J. Xie, X. F. Tang, G. Chen, Q. Jin , Q. J. Zhang // The 26th Internat. Conf. on Thermoelectrics. − Jeju Island (Korea), 2007. pp. 23—26.Xie, W. Unique nanostructures and enhanced thermoelectric performance of melt−spun BiSbTe alloys / W. Xie, X. Tang, Y. Yan, Q. Zhang, T. Tritt // J. Appl. Phys. − 2009. − V. 94 − P. 102111/1−3.Xie, W. Unique nanostructures and enhanced thermoelectric performance of melt−spun BiSbTe alloys / W. Xie, X. Tang, Y. Yan, Q. Zhang, T. Tritt // J. Appl. Phys. − 2009. − V. 94 − P. 102111/1−3.Xie, W. High thermoelectric performance BiSbTe alloy with unique low−dimensional structure / W. Xie, X. Tang, Y. Yan, Q. Zhang, T. Tritt // J. Appl. Phys. − 2009. − V. 105. − P. 113713/1−8.Xie, W. High thermoelectric performance BiSbTe alloy with unique low−dimensional structure / W. Xie, X. Tang, Y. Yan, Q. Zhang, T. Tritt // J. Appl. Phys. − 2009. − V. 105. − P. 113713/1−8.Xie, W. Identifying the specific nanostructures responsible for the high thermoelectric performance of (Bi, Sb)2Te3 nanocomposites / W. Xie, J. He, H. Kang, X. Tang., S. Zhu, M. Laver, S. Wang, J. Copley, C. Brown, Q. Zhang, T. Tritt // Nano Lett. – 2010. – V. 10. – P. 3283—3289.Xie, W. Identifying the specific nanostructures responsible for the high thermoelectric performance of (Bi, Sb)2Te3 nanocomposites / W. Xie, J. He, H. Kang, X. Tang., S. Zhu, M. Laver, S. Wang, J. Copley, C. Brown, Q. Zhang, T. Tritt // Nano Lett. – 2010. – V. 10. – P. 3283—3289.Иванова, Л. Д. Спиннингование расплава — перспективный метод получения материалов твердого раствора теллуридов висмута и сурьмы / Л. Д. Иванова, Л. И. Петрова, Ю. В. Гранаткина, В. Г. Леонтьев, А. С. Иванов, С. А. Варламов, Ю. П. Прилепо, А. М. Сычев, А. Г. Чуйко, И. В. Башков // Термоэлектричество. − 2013. − No 1. − С. 34—45.Иванова, Л. Д. Спиннингование расплава — перспективный метод получения материалов твердого раствора теллуридов висмута и сурьмы / Л. Д. Иванова, Л. И. Петрова, Ю. В. Гранаткина, В. Г. Леонтьев, А. С. Иванов, С. А. Варламов, Ю. П. Прилепо, А. М. Сычев, А. Г. Чуйко, И. В. Башков // Термоэлектричество. − 2013. − No 1. − С. 34—45.Гольцман, Б. М. Полупроводниковые термоэлектрические материалы на основе Bi2Te3 / Б. М. Гольцман, В. А. Кудинов, И. А. Смирнов − М. : Наука, 1972Гольцман, Б. М. Полупроводниковые термоэлектрические материалы на основе Bi2Te3 / Б. М. Гольцман, В. А. Кудинов, И. А. Смирнов − М. : Наука, 1972Кичик, С. А. Исследование механических и термоэлектрических свойств материалов Bi0,5Sb1,5Te3, полученных методом вакуумногопрессования/С.А.Кичик,А.А.Мельников,И. С. Маракушев, А. Н. Корякин // XIII Межгосударственный семинар «Термоэлектрики и их применения». − С.−Пб, 2012.Кичик, С. А. Исследование механических и термоэлектрических свойств материалов Bi0,5Sb1,5Te3, полученных методом вакуумногопрессования/С.А.Кичик,А.А.Мельников,И. С. Маракушев, А. Н. Корякин // XIII Межгосударственный семинар «Термоэлектрики и их применения». − С.−Пб, 2012.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.