19 ОКТ
2023
Лаборатория термоэлектрического материаловедения ЗабГУ - 20 лет открытий
Одна из наиболее авторитетных научных лабораторий Забайкальского края - лаборатория термоэлектрического материаловедения ЗабГУ отмечает 20-летний юбилей.
Ее создатель – Николай Петрович Степанов - доктор физико-математических наук и педагог с огромным стажем. Начиная с 2007 года он и его команда включились в процесс исследования одного из самых эффективных термоэлектрических материалов, который на сегодняшний день используется в промышленном производстве термоэлектрических модулей среднетемпературного диапазона – теллуридов висмута и сурьмы.
Несмотря на то, что этот материал был запатентован еще в 1955 году, он до сих пор остается одним из самых востребованных термоэлектриков, на основе которого создаются полупроводниковые приборы, применяющиеся в различных направлениях электроники и электротехники. Поэтому изучение процессов, протекающий в этих материалах при различных температурах – актуально по сей день. Исследования носят фундаментальный характер и требуют учета значительного количества факторов. В 2022 и 2023 годах были получены значимые экспериментальные результаты, опубликованные в высокорейтинговых журналах Российской академии наук, таких как: «Физика и техника полупроводников»; «Оптика и спектроскопия»; «Письма в журнал технической физики».
Эта работа выполнена в лаборатории термоэлектрического материаловедения ЗабГУ в рамках гранта Российского научного фонда (РНФ), который поддержал проект профессора Степанова под названием «Исследование взаимодействия элементарных возбуждений электронной и ионной систем в полупроводниковых материалах, которые могут быть изготовлены из природного и техногенного минерального сырья Забайкальского края, и вовлечение их в высокотехнологические производственные процессы термоэлектрического приборостроения».
Результаты, полученные в рамках указанного проекта, в 2023 году докладывались на Международных научных конференциях в Институте физики полупроводников, расположенном в г. Черноголовка, а также в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе, в г. Санкт-Петербург. В настоящее время работы в данном направлении ведутся в сотрудничестве с лабораторией термоэлектриков ФТИ им А.Ф. Иоффе, лабораторией физики полуметаллов РГПУ им. А.И. Герцена. К выполнению исследований в рамках проекта, финансируемого Российским научным фондом, привлечены преподаватели и студенты энергетического факультета ЗабГУ.
Важно также отметить, что в рамках проекта РНФ в 2022 году были инициированы работы по исследованию возможности использования в термоэлектрическом материаловедении и минерально-сырьевой базы Забайкальского края. В частности, исследуется природный минерал пирит, отличающийся сравнительно высокими значениями коэффициента термоэдс. Однако, для использование этого материала для преобразования тепловой энергии в электрическую требуется решить целый ряд задач фундаментального и прикладного характера. В связи с этим, в лаборатории термоэлектрического материаловедения ЗабГУ проводится работа и по отработке технологии изготовления термоэлектрических материалов на основе пирита электронного и дырочного типа проводимости. Осуществляется термоциклирование полученных образцов, в ходе которого осуществляется контроль за изменением их основных электрофизических характеристик, влияющих на термоэлектрическую добротность. Также разрабатываются и термостойкие диэлектрические материалы, которые обязательно потребуются для изготовления термоэлектрических элементов на основе природных минералов. В качестве основы для них используется пиритовый огарок, который в большом количестве находится в отвалах ППГХО, входящего в урановый дивизион корпорации «Росатом». Указанные работы ведутся с учетом того, что использование термоэлектрических материалов на основе пирита, широко распространенного в природе пирита, является более экономичным, по сравнению с эффективными, но дорогими термоэлектриками на основе теллуридов висмута и сурьмы.
В заключении отметим, что решение перечисленных выше научных задач способствует вовлечению минерально-сырьевой базы Забайкальского края в производственные процессы термоэлектрического приборостроения.