mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2016-1-22-27mateltech-250Research ArticleМатериаловедение и технология. ПолупроводникиMATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. SEMICONDUCTORSВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭКСТРУЗИИ НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ Bi0,5Sb1,5Te3 p–ТИПА ПРОВОДИМОСТИINFLUENCE OF EXTRUSION TEMPERATURE ON THE FORMATION OF P–TYPE CONDUCTIVITY BI0.5SB1.5TE3 STRUCTUREТарасоваИ. В.TarasovaI. V.

Тарасова Ирина Васильевна —аспирант.

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049.

Irina V. Tarasova — Postgraduate Student. 

4 Leninsky Prospekt, Moscow 119049.

samofalova@bk.ruБубликВ. Т.BublikV. T.

Бублик Владимир Тимофеевич — доктор физ.−мат. наук, профессор. 

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049.

Vladinir T. Bublik — Dr. Sci. (Phys.−Math.), Professor.

4 Leninsky Prospekt, Moscow 119049.

bublik_vt@rambler.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС» .РоссияNational University of Science and Technology MISiS.Russian Federation2016050620181912227Copyright © Тарасова И.В., Бублик В.Т., 20182018Тарасова И.В., Бублик В.Т.Tarasova I.V., Bublik V.T.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/250

На основе изучения закономерностей формирования дефектной структуры и текстуры термоэлектрических материалов при разных температурах экструзии рассмотрено влияние конкуренции между процессами деформации, возврата и рекристаллизации на структуру и свойства экструдированных материалов. Исследования проведены с применением методов рентгеновской дифрактометрии (анализ структуры по уширению пиков) и Хармана (измерение термоэлектрических свойств). Измерения плотности образцов выполнены методом гидростатического взвешивания. На исследованных образцах термоэлектрического материала выявлены немонотонные зависимости изменения текстуры, электрофизических свойств (электро−, теплопроводность, коэффициент термо−ЭДС, термоэлектрическая эффективность) и плотности экструдированного материала от температуры экструзии. Установлена оптимальная температура экструзии для термоэлектрических материалов, при которой наблюдается наибольшее значение термоэлектрической эффективности. Показано, что наилучшими свойствами обладает материал после экструзии при температуре 400 °С. При этом наблюдается оптимальное сочетание коэффициента термо−ЭДС, электро− и теплопроводности, возникающее за счет конкуренции динамической рекристаллизации, при которой образуются активные дефекты за счет движения высокоугловых границ зерен. Кроме того, за счет отжига точечных дефектов повышается подвижность носителей заряда, и снижается плотность за счет образования пор.

This article deals with regularities of defect structure and texture formation for extrusion of thermoelectric materials at different temperatures. The authors consider the influence of competition between deformation processes, return and recrystallization on the structure and properties of extruded materials. The experiment uses X–ray diffraction method, Harman’s method and the method of hydrostatic weighing for thermoelectric samples at different extrusion temperatures. The texture, physical properties and density of thermo electric materials change nonmonotonically depending on the extrusion temperature. The research allows establishing optimum extrusion temperature for thermoelectric materials achieving the greatest thermoelectric figure of merit. The research shows that the thermoelectric material has the best properties after extrusion at 400 °C.

термоэлектрические материалыэкструзиятермоэлектрическая эффективностьрекристаллизациярентгеновская дифрактометрияthermoelectric materialsextrusionthermoelectric efficiencyrecrystallizationX–ray diffractionReferencesДмитриев, А. В. Современные тенденции развития физики термоэлектрических материалов / А. В. Дмитриев, И. П. Звягин // Успехи физических наук. − 2010. − Т. 180, № 8. − С. 821—838.Dmitriev A. V., Zvyagin I. P. Current trends in the physics of thermoelectric materials. Phys. Usp., 2010, vol. 53, pp. 789—803. DOI: 10.3367/UFNe.0180.201008b.0821Lin, J. C. Development of low−cost microthermoelectric coolers utilizing mems technology / J. C. Lin, Y. Huang, K. D. She, M. C. Li, J. H. Chen, S. Kuo // Sensors and Actuators A: Physical. − 2008. − V. 148. − P. 176—185.Lin J. C., Huang Y., She K. D., Li M. C., Chen J. H., Kuo S. Development of low−cost microthermoelectric Coolers Utilizing MEMS Technology. Sensors and Actuators A: Physical, 2008, vol. 148, pp. 176—185.Rahmoun, M. New thermoelectric sensor adapted to realize an infrared radiations detector / M. Rahmoun, K. Hachami, A. Touil, B. Bellach, M. Bailich, A. Merdani // Active and passive electronic components. − 2011. DOI: 10.1155/2011/708361Rahmoun M., Hachami K., Touil A., Bellach B., Bailich M., Merdani A. New thermoelectric sensor adapted to realize an infrared radiations detector. Active and Passive Electronic Components, 2011. DOI: 10.1155/2011/708361Peranio, N. Room−temperature MBE deposition, thermoelectric properties, and advanced structural characterization of binary Bi2Te3 and Sb2Te3 thin films / N. Peranio, M. Winkler, D. Bessas, Z. Aabdin, J. Koenig, H. Boettner, R. P. Hermann, O. Eibl // J. Alloys and Compdouds. − 2012. − V. 521. − P. 163—173. DOI: 10.1016/j.jallcom.2012.01.108Peranio N., Winkler M., Bessas D., Aabdin Z., Koenig J., Boettner H., Hermann R. P., Eibl O. Room−temperature MBE deposition, thermoelectric properties, and advanced structural characterization of binary Bi2Te3 and Sb2Te3 thin films. J. Alloys and Compdouds, 2012, vol. 521, pp. 163—173. DOI: 10.1016/j.jallcom.2012.01.108Crabtree, G. W. Solar energy conversion / G. W. Crabtree, N. S. Lewis // Physics Today. − 2007. − N 60. − P. 37—42. DOI: 10.1063/12718755Crabtree G. W., Lewis N. S. Solar energy conversion. Physics Today, 2007, no. 60, pp. 37—42. DOI: 10.1063/12718755Poudel, B. Ren High−thermoelectric performance of nanostructured bismuth antimony telluride bulk alloys / B. Poudel, Q. Hao, Y. Ma, Yu. Lan, A. Minnich, B. Yu, X. Yan, D. Wang, A. Muto, D. Vashaee, X. Chen, J. Liu, M. S. Dresselhaus, G. Chen, Zh. Ren // Sciencexpress. − 2008. − V. 1. − P. 1—3. DOI: 10.1126/science.1156446Poudel B., Hao Q., Ma Y., Lan Yu., Minnich A., Yu B., Yan X., Wang D., Muto A., Vashaee D., Chen X., Liu J., Dresselhaus M. S., Chen G., Ren Zh. High−thermoelectric performance of nanostructured bismuth antimony telluride bulk alloys. Sciencexpress, 2008, vol. 1, pp. 1—3. DOI: 10.1126/science.1156446Булат, Л. П. Объемные наноструктурные термоэлектрики на основе теллурида висмута / Л. П. Булат, В. Т. Бублик, И. А. Драбкин, В. В. Каратаев, В. Б. Освенский, Г. И. Пивоваров, Д. А. Пшенай−Северин, Е. В. Татьянин, Н. Ю. Табачкова // Термоэлектричество. − 2009. − № 1. − С. 70—75.Bulat L. P., Bublik V. T., Drabkin I. A., Karataev V. V., Osvenskii V. B., Pivovarov G. I., Pshenai−Severin D. A., Tat’yanin E. V., Tabachkova N. Yu. Volumetric nanostructured thermoelectrics based on bismuth telluride. Termoelektrichestvo, 2009, no. 1, pp. 70—75. (In Russ.)Булат, Л. П. Влияние распределения зерен по размерам на решеточную теплопроводность наноструктурированных материалов на основе Bi2Te3—Sb2Te3 / Л. П. Булат, В. Б. Освенский, Д. А. Пшенай−Северин // Физика твердого тела. − 2013. − Т. 55, № 2. − С. 2323—2330.Bulat L. P., Osvenskii V. B., Pshenai−Severin D. A. Influence of grain size distribution on the lattice thermal conductivity of Bi2Te3—Sb2Te3−based nanostructured materials. Physics of the Solid State, 2013, vol. 55, no. 12, pp. 2442—2449. DOI: 10.1134/S1063783413120081Сабо, Е. П. Технология халькогенидных термоэлементов. Физические основы / Е. П. Сабо // Термоэлектричество. − 2006. − № 1. − С. 45—66.Sabo E. P. Technology of chalcogenide thermoelements. Physical basis. Termoelektrichestvo, 2006, no. 1, pp. 45—66. (In Russ.)Ivanova, L. D. Extruded materials for thermoelectric coolers / L. D. Ivanova, L. I. Petrova, Yu. V. Granatkina, V. S. Zemskov, O. B. Sokolov, S. Ya. Skipidarov, N. I. Duvankov // Inorganic Mater. – 2008. – V. 44, N 7. – P. 687—691. DOI: 10.1134/S0020168508070030Ivanova L. D., Petrova L. I., Granatkina Yu. V., Zemskov V. S., Sokolov O. B., Skipidarov S. Ya., Duvankov N. I. Extruded materials for thermoelectric coolers. Inorganic Materials, 2008, vol. 44, no. 7, pp. 687—691. DOI: 10.1134/S0020168508070030Kim, S. S. Crystallographic anisotropy control of n−type Bi–Te–Se thermoelectric materials via bulk mechanical alloying and shear extrusion / S. S. Kim, T. Aizawa // Mater. Transactions. − 2004. − V. 45, N 3 − P. 918—924. DOI: 10.2320/matertrans.45.918.Kim S. S., Aizawa T. Crystallographic anisotropy control of n−type Bi—Te—Se thermoelectric materials via bulk mechanical alloying and shear extrusion. Materials Transactions, 2004, vol. 45, no. 3, pp. 918—924. DOI: 10.2320/matertrans.45.918Gorelik, S. S. Recrystallization in metals and alloys / S. S. Gorelik. − M. : MIR Pulishers, 1981. − P. 325—369.Gorelik S. S. Recrystallization in metals and alloys. Moscow: MIR, 1981. Pp. 325—369.Гольцман, Б. М. Полупроводниковые термоэлектрические материалы на основе Bi2Te3 / Б. М. Гольцман, В. А. Кудинов, И. А. Смирнов. − М. : Наука, 1972.Gol’tsman B. M., Kudinov V. A., Smirnov I. A. Semiconductor thermoelectric materials based on Bi2Te3. Moscow: Nauka, 1972. (In Russ.)Eibl, O. Thermoelectric Bi2Te3 nanomaterials / O. Eibl, K. Nielsch, N. Peranio, F. Völklein. − N. Y. : Wiley, 2015. − P. 167—184 (314 p.).Eibl O., Nielsch K., Peranio N., Völklein F. Thermoelectric Bi2Te3 nanomaterials. New York: Wiley, 2015. Pp. 167—184.Shvangiradze, P. P. Effects of electrically active point defects on the structure and electrical properties of Bi—Te—Se and Sb—Bi—Te solid solutions / P. P. Shvangiradze, E. P. Sabo // Inorganic Mater. − 2000. − V. 36. − P. 1104—1107. DOI: 10.1007/BF02758925Shvangiradze P. P., Sabo E. P. Effects of electrically active point defects on the structure and electrical properties of Bi—Te—Se and Sb—Bi—Te solid solutions. Inorganic Materials, 2000, vol. 36, pp. 1104—1107. DOI: 10.1007/BF02758925

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