Повысить качество работы термоэлектрических устройств для нужд космонавтики, медицины и научных исследований удастся с помощью новых высокопрочных контактов, полученных учеными НИУ МИЭТ, уверены в вузе. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Electronic Materials.
Суть термоэлектрического преобразования энергии заключаются в получении положительных и отрицательных температур из электричества и генерации электричества из температурной разности, рассказали в Национальном исследовательском университете «МИЭТ» (НИУ МИЭТ).
Работа термоэлектриков базируется на двух научных принципах — эффектах Пельтье и Зеебека. Первый заключается в том, что при пропускании электрического тока между двумя разнородными проводниками в месте их контакта, в зависимости от направления тока, будет выделяться либо тепло, либо холод.
Согласно формулировке второго эффекта, если контакт одного такого проводника нагреть, а другой охладить, то между ними появится электродвижущая сила, пояснили в НИУ МИЭТ.
Аппаратура на базе термоэлектрических принципов востребована в ряде основополагающих промышленных отраслей. К примеру, ее используют для поддержания низких температур в медицине и науке, для питания бортовых систем космических кораблей и энергообеспечения современных раций.
В этих и других сферах роль контактов одна из ключевых, так как от них зависит стабильность работы термоэлектрического преобразователя и его механическая прочность, уточнили ученые вуза.
«Прочность контакта на материале сильно влияет на механическую устойчивость устройств, контакты используются в качестве омических, барьерных и коммутационных слоев. Проблема заключалась в том, что для высококачественных термоэлектрогенераторов не было спаев достаточной толщины и с низким сопротивлением», — рассказал доцент Института перспективных материалов и технологий НИУ МИЭТ Максим Штерн.
По его словам, контакты нужной прочности были получены с помощью метода электрохимического осаждения.
В своем большинстве контактные слои составляют порядка 300 нанометров толщиной. В то же время для предотвращения разрушения материала контакта в процессе использования его толщина должна быть больше 5 микрометров. Полученные образцы достигают 12 микрометров толщиной, имеют низкое сопротивление и могут обеспечивать работу термоэлектрических устройств при температуре до 600 Кельвинов (К).
«Наши результаты открыли путь к получению более высокотемпературных контактов с предварительно напиленными слоями из тугоплавких металлов. Также после получения высококачественных образцов одного из ключевых звеньев термоэлектрических систем можно работать над дальнейшим совершенствованием их характеристик в целом», — дополнил специалист.
Он обратил внимание, что создание высокопрочных контактов было одним из значимых шагов в разработке многосекционного термоэлектрического элемента. Согласно планам исследователей, он сможет функционировать в температурной области от 300 до 1200 К. Подобный прибор может быть востребован во всех областях применения термоэлектриков, в том числе на крайнем Севере, резюмировал исследователь.