|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Сложные халькогениды меди как среднетемпературные термоэлектрические материалы: от синтеза и фазовых равновесий к взаимосвязи «состав-структура-свойство»НИР
Complex copper chalcogenides as mid-temperature thermoelectric materials: from synthesis and phase equilibria towards composition-structure-property relationships
- Руководитель НИР: Шевельков А.В.
- Участники НИР: Насонова Д.И., Полевик А.О., Соболев А.В., Соболева Я.С., Тябликов А.С., Халания Р.А., Шестимерова Т.А.
- Подразделение: Кафедра неорганической химии
- Срок исполнения: 23 апреля 2018 г. - 22 апреля 2020 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 18-53-06002
- Номер ЦИТИС: АААА-А18-118042590102-7
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Энергоэффективность и энергосбережение
- ПН России: Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
- Критическая технология России: Технологии новых и возобновляемых источников энергии, включая водородную энергетику
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.17.15 Неорганическая химия
-
Ключевые слова:
фазовые равновесия, халькогениды меди, термоэлектрические материалы, неорганический синтез, кристаллическая и электронная структура, нестехиометрия
copper chalcogenides, phase equilibria, nonstoichiometry, inorganic synthesis, crystal and electronic structure, thermoelectric materials -
Описание:
Проект посвящен разработке новых термоэлектрических материалов, позволяющих эффективно преобразовывать тепловую энергию в электрическую. Это актуальная задача, ориентированная на замену традиционных промышленно используемых в среднетемпературном диапазоне материалов, содержащих токсичный свинец и редкий теллур, на вещества, состоящие из нетоксичных, распространенных в природе и недорогих элементов. Настоящий проект направлен на поиск и исследование новых, экологически безопасных и эффективных термоэлектрических материалов на основе сложных сульфидов и селенидов меди, являющихся синтетическими аналогами широко представленных в земной коре минералов. В качестве объектов исследования выбраны соединения – аналоги минералов тетраэдрита Cu12Sb4S13, колюзита Cu26T2M6S32, где T = V, Nb, Ta, и фаматинита Cu3Sb(S/Se)4, а также другие соединения и фазы переменного состава тройных Cu-Sb(Ge)-X, квазитройных Cu2X-GeX2-SnX2 (X-S, Se) и взаимной 3Cu2S+Sb2Se33Cu2Se+Sb2S3 систем, отдельные представители которых обладают эффективными термоэлектрическими свойствами в среднетемпературном диапазоне. Основной целью проекта является разработка методов синтеза новых соединений и твердых растворов и установление фундаментальной взаимосвязи состав–структура–свойства для них. В проекте будут решены задачи, связанные с разработкой методов синтеза соединений в виде однофазных поликристаллических образцов и монокристаллов, выявлением тонких особенностей кристаллического и электронного строения, установлением фазовых равновесий в исследуемых системах, исследованием термодинамических, магнитных и транспортных свойств соединений. Для решения поставленных задач будут применены знания и возможности азербайджанской и российской групп, имеющих разную экспертизу, но согласованные подходы к решению поставленных задач, основанные на многолетнем опыте совместных исследований.
-
Планируемые результаты:
Ожидается, что в результате выполнения проекта будут установлены закономерности состав-структура-свойство для исследуемых систем и сформулированы принципы получения соединений с наилучшими функциональными свойствами для дальнейшей разработки термоэлектрических материалов на их основе.
- Добавил в систему: Шевельков Андрей Владимирович
Соисполнители НИР
| Институт катализа и неорганической химии | Соисполнитель |
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 23 апреля 2018 г.-23 апреля 2019 г. | Сложные халькогениды меди как среднетемпературные термоэлектрические материалы: от синтеза и фазовых равновесий к взаимосвязи «состав-структура-свойство» |
| Результаты этапа: В результате выполнения первого этапа проекта синтезированы твердые растворы на основе искусственного минерала тетраэдрита Cu12Sb4S13 с заменой части меди на металлы 13 (алюминий) и 14 групп (олово) Периодической системы. Установлено, что предел замещения составляет 0.8 атомов олова и 1.1 атомов алюминия на формульную единицу. При этом атомы олова замещают атомы меди только в тетраэдрической позиции и имеют степень окисления +4 по данным мессбауэровской спектроскопии, тогда как катионы Al3+ замещают медь и в тетраэдрической, и в плоско-треугольной позиции. Синтетические колюзиты Cu26M2Sn6S32 (M = V, Nb, Ta) обладают кристаллической структурой, родственной тетраэдриту, но характеризуются тремя независимыми позициями атомов меди. Мы установили, что железо замещает до 4.5 атомов меди в колюзите, независимо от природы пятивалентного металла (М). На примере ванадий-содержащих колюзитов показано, что при малых степенях замещения железо входит в структуру как Fe3+, но с увеличением степени замещения сосуществуют Fe2+ и Fe3+, которые вступают в обменное взаимодействие между собой, проявляемое в виде релаксационной компоненты в мессбауэровских спектрах. Нами установлено, что состав Cu25FeV2Sn6S32 демонстрирует высокую термоэлектрическую добротность, достигающую ZT = 0.8 при 700 К, что в полтора раза превосходит добротность незамещенного колюзита. В синтетическом минерале фамантите Cu3SbS4 проведено замещение части сурьмы на олово (до 10%). На примере состава Cu3Sb0.9Sn0.1S4 показано, что замещение не вызывает искажения кристаллической структуры, а атомы олова находятся в степени окисления +4. Показана взаимосвязь структуры фамантита с кристаллической структурой теллуридов типа MnInGaTe4. | ||
| 2 | 23 апреля 2019 г.-23 апреля 2020 г. | Сложные халькогениды меди как среднетемпературные термоэлектрические материалы: от синтеза и фазовых равновесий к взаимосвязи «состав-структура-свойство» |
| Результаты этапа: 1) Установлено распределения атомов железа в колюзитах Cu26-xFexT2Sn6S32 (T = V, Nb, Ta) по позициям и его валентного состояния с применением методов рентгеноструктурного анализа, мессбауэровской спектроскопии на ядрах 57-Fe и 119-Sn и магнетохимии. 2) Синтезированы соединения, характеризующихся наилучшими термоэлектрическими свойствами, разработаны методов компактирования образцов для получения плотной керамики до 96% теоретической плотности, исследованы термоэлектрические свойста полученных соединений. 3) Проведен анализ полученных данных о локальной и протяженной структуре и свойствах изученных соединений в результате чего выявлены некоторые взаимосвязи состав-структура-свойства для исследованных тетраэдритов и колюзитов. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".
Прикрепленные файлы
| № | Имя | Описание | Имя файла | Размер | Добавлен |
|---|