Термоэлектрическая эффективность фольг полуметаллических и полупроводниковых сплавов Bi1–xSbx

Анотація

Экспериментально исследованы температурные зависимости теплопроводности χ(Т), электропроводности σ(Т) и термоэдс α(Т) в фольгах сплавов Bi_1–xSb_x в полуметаллическом и полупроводниковом состояниях в интервале температур 4,2–300 К. Фольги сплавов Bi_1–xSb_x получали методом высокоскоростной кристаллизации тонкого слоя расплава на внутренней полированной поверхности вращающегося медного цилиндра. Высокие скорости кристаллизации v = 5·10⁵ м/с обеспечивали равномерное распределение компонентов в объеме. Толщина фольг составляла 10–30 мкм с текстурой 101^̅2 параллельно плоскости фольги и осью С₃, совпадающей с нормалью к поверхности фольги. Показано, что теплопроводность полуметаллических фольг Bi–3 ат.% Sb в области низких температур (T < 10 К) на два порядка меньше, а в полупроводниковых (Bi–16 ат.% Sb) на порядок меньше, чем в массивных образцах соответствующего состава. Эффект трактуется с точки зрения комбинированного дополнительного рассеяния фононов на поверхности и гра-ницах зерен фольги. Из зависимостей ρ(Т), α(Т), χ(Т) рассчитана термоэлектрическая эффективность фольг ZT = α²σ/χ в интервале температур 5–300 К. Установлено, что при 100 К термоэлектрическая эффективность ZT в полупроводниковых фольгах сплавов n-типа Bi_1–xSb_x в 2 раза выше, чем у массивных образцов аналогичного состава и кристаллографической ориентации, что может быть использовано в низкотемпературных термоэлектрических преобразователях энергии.