Американские учёные значительно увеличили эффективность одного из самых популярных термоэлектрических материалов, в состав которого входят теллур, сурьма, германий и серебро.

Речь идёт о сплаве p-типа (GeTe)₈₅(AgSbTe₂)₁₅, обычно обозначаемом как TAGS-85. Демонстрируемую им эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую оценивают по параметру Z, равному S²•σ/k, где S — коэффициент термоэдс, σ — удельная электропроводность, а k — удельная теплопроводность. На практике чаще всего используют безразмерную величину ZT — произведение Z на рабочую температуру.

Причина популярности TAGS-85 станет ясна, если взглянуть на приведённые ниже графики. Этот материал превосходит конкурирующие сплавы p-типа по максимальному значению ZT, которое поднимается выше 1,2.

Рис. 1. Сравнение TAGS-85 с другими сплавами p-типа (иллюстрация из журнала Nature Materials).

Очевидно, для дальнейшего увеличения ZT необходимо повышать S и σ и снижать k. Исследователям удалось решить лишь одну из этих задач: при измерениях в области 700 К (то есть там, где на графике пик) модифицированный ими TAGS-85 показал «обычное» значение удельной электропроводности и увеличенные на 6 и 16 процентов значения удельной теплопроводности и коэффициента термоэдс. Тем не менее усовершенствованный сплав получил возросшую примерно на 25% величину ZT.

Прирост обеспечило легирование редкоземельными элементами — церием или иттербием. Авторы пока не могут сказать, почему незначительное изменение состава — добавление 1% Ce или Yb — даёт такой эффект.

Результаты исследований опубликованы в статье:

E. M. Levin, B. A. Cook, J. L. Harringa, S. L. Bud’ko, R. Venkatasubramanian, K. Schmidt-Rohr Analysis of Ce- and Yb-Doped TAGS-85 Materials with Enhanced Thermoelectric Figure of Merit. – Advanced Functional Materials. – Volume 21. – Issue 3. – P. 441–447, February 8, 2011; DOI: 10.1002/adfm.201001307.