Сотрудники Северо-Западного и Мичиганского университетов получили материал с очень высокой термоэлектрической эффективностью

Этот процесс и характеризуется упомянутым выше параметром — эффективностью Z, равной S²•σ/k (на практике, заметим, чаще используют безразмерную величину ZT, произведение Z на рабочую температуру). Здесь S — коэффициент термоэдс, σ — удельная электропроводность, а k — удельная теплопроводность.

Несложно понять, что увеличение ZT требует снижения удельной теплопроводности, и способ решения задачи известен: необходимо создать материал с наноразмерными включениями. К сожалению, это ведёт к рассеянию носителей заряда и уменьшению их подвижности, что отрицательно сказывается на электропроводности, снижать которую невыгодно.

Авторам удалось обойти эти ограничения, включив нанокристаллы теллурида стронция SrTe в матрицу из теллурида свинца PbTe, легированную теллуридом натрия Na₂Te.

PbTe и SrTe имеют схожие структуру и постоянную решётки (6,453 и 6,660 Å), и при выравнивании решёток проблема рассеяния носителей решается. «На основе нашего материала можно создать недорогое устройство и соединить его с чем-нибудь вроде лампочки, — размышляет один из авторов Винаяк Дравид (Vinayak Dravid). — Тогда часть отдаваемого тепла — 10–15 процентов — будет преобразовываться в электричество».

В экспериментах величина ZT поднималась до 1,7 при 815 К. Это очень высокий показатель (для систем p-типа — рекордный), но на практике, как считается, понадобятся ещё большие значения ZT, приближенные к 3,0.

Полная версия отчёта будет опубликована в журнале Nature Chemistry; текст статьи можно скачать отсюда.

Подготовлено по материалам Северо-Западного университета.