Search

Тема выпускной квалификационной работы: «Исследование структуры и Ñ„Ð¸Ð·Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ ÑÐ²Ð¾Ð¹ÑÑ‚Ð² Ñ‚ÐµÑ€Ð¼Ð¾ÑÐ»ÐµÐºÑ‚Ñ€Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ ÑÐ¿Ð»Ð°Ð²Ð¾Ð² BiSbTe». Данная работа посвящена исследованию структуры и Ñ„Ð¸Ð·Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ ÑÐ²Ð¾Ð¹ÑÑ‚Ð² Ñ‚ÐµÑ€Ð¼Ð¾ÑÐ»ÐµÐºÑ‚Ñ€Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ ÑÐ¿Ð»Ð°Ð²Ð¾Ð² BiSbTe. В Ñ Ð¾Ð´Ðµ исследования были выявлены следующие задачи: 1. Проведение фазового анализа Ñ Ð°Ñ€Ð°ÐºÑ‚ÐµÑ€Ð½Ñ‹Ñ Ð·Ð¾Ð½, а также съемка при дискретном вращении образца. 2. Исследование взаимосвязи металлографического анализа и фазового состава материала. 3. Выявление зоны с высокой и низкой дисперсностью по сечению экструдированного образца. 4. Установление взаимосвязи напряженно-деформированного состояния материала и формирования Ñ€Ð°Ð·Ð»Ð¸Ñ‡Ð½Ñ‹Ñ ÐºÑ€Ð¸ÑÑ‚Ð°Ð»Ð»Ð¾Ð³Ñ€Ð°Ñ„Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ Ñ‚ÐµÐºÑÑ‚ÑƒÑ€ с помощью математического моделирование. Для решения Ð¿Ð¾ÑÑ‚Ð°Ð²Ð»ÐµÐ½Ð½Ñ‹Ñ Ð·Ð°Ð´Ð°Ñ‡ было проведено ряд Ñ„Ð¸Ð·Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ Ð¸ Ð¼Ð°Ñ‚ÐµÐ¼Ð°Ñ‚Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ Ð¸ÑÑÐ»ÐµÐ´Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ð¹: фазовый состав Ñ Ð°Ñ€Ð°ÐºÑ‚ÐµÑ€Ð½Ñ‹Ñ Ð·Ð¾Ð½, съемка при дискретном вращении образца, металлографический анализ, математическое моделирование процесса экструзии методом ÐºÐ¾Ð½ÐµÑ‡Ð½Ñ‹Ñ ÑÐ»ÐµÐ¼ÐµÐ½Ñ‚Ð¾Ð² и исследование Ñ‚ÐµÑ€Ð¼Ð¾ÑÐ»ÐµÐºÑ‚Ñ€Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ ÑÐ²Ð¾Ð¹ÑÑ‚Ð² материла зондовым методом. Полученные результаты позволили сформировать главный вывод о том, что структура экструдируемого прутка имеет неоднородное распределение Ñ‚ÐµÑ€Ð¼Ð¾ÑÐ»ÐµÐºÑ‚Ñ€Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ ÑÐ²Ð¾Ð¹ÑÑ‚Ð² по сечению, обусловленное неоднородностью напряженно-деформированного состояния и разориентировкой кристаллитов., The topic of the final qualifying work: "Study of the structure and physical properties of thermoelectric BiSbTe alloys". This work is devoted to the study of the structure and physical properties of thermoelectric BiSbTe alloys. During the study, the following tasks were identified: 1. Conducting phase analysis of characteristic zones, as well as shooting with discrete rotation of the sample. 2. Investigation of the relationship between metallographic analysis and the phase composition of the material. 3. Identification of zones with high and low dispersion along the section of the extruded sample. 4. Establishing the relationship between the stress-strain state of the material and the formation of various crystallographic structures using mathematical modeling. To solve the tasks set, a number of physical and mathematical studies were carried out: the phase composition of characteristic zones, shooting with discrete rotation of the sample, metallographic analysis, mathematical modeling of the extrusion process by the finite element method and investigation of the thermoelectric properties of the material by the probe method. The results obtained made it possible to form the main conclusion that the structure of the extruded rod has an inhomogeneous distribution of thermoelectric properties over the cross section, due to the heterogeneity of the stress-strain state and the disorientation of the crystallites.

В работе исследовано влияние температуры (диапазон 22 – 140 °C) на коэффициент мощности (КМ) композиционного материала из многостенных углеродных нанотрубок с нанесенным на их поверхность полианилиновым покрытием (толщина около 10 нм). Величина проводимости покрытия варьировалась путем обработки композита буферными растворами с различными значениями рН. В исследуемых образцах композита нанотрубки были беспорядочно ориентированы друг относительно друга. Установлено, что наибольшим значением КМ обладает композиционный материал, в котором полианилин находится в окисленной проводящей форме. У этого образца при комнатной температуре значение КМ составило примерно 0,5 мкВт/(м∙K2), а при 140 °C – около 1 мкВт/(м∙K2)., In the paper, the effect of temperature (range 22 – 140 °C) on the power factor (PF) of composite material made of multi-walled carbon nanotubes with a 10 nm thick polyaniline coating applied to their surface has been studied. The conductivity value of the coating was varied by treating the composite with buffer solutions of different pH values. The nanotubes were randomly oriented relative to each other in the composite samples under study. It was found that the composite material where polyaniline was in an oxidized conductive form had the highest PF value. In that sample, the PF values were about 0.5 μW/(m∙K2) at room temperature and about 1 μW/(m∙K2) at 140 °C.

Данная работа посвящена исследованию зонной структурынамонокристалле24PbSb Teс примесью меди–нового перспективного соединения на основе Ñ Ð°Ð»ÑŒÐºÐ¾Ð³ÐµÐ½Ð¸Ð´Ð¾Ð². В Ñ Ð¾Ð´Ðµ работы над этим исследование, были решены следующие задачи:1). Экспериментальный замер спектра отражения монокристаллов 24PbSb Te.2). Определение Ð¾Ð¿Ñ‚Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ ÑÐ²Ð¾Ð¹ÑÑ‚Ð² исследуемого материала, на основе спектра отражения.3). Расчет спектра поглощения монокристалла 24PbSb Te.В Ñ€Ð°Ð¼ÐºÐ°Ñ Ñ€Ð°Ð±Ð¾Ñ‚Ñ‹, были определены действительная и мнимая диэлектрическая проницаемость, поглощение, энергии непрямого Ð¿ÐµÑ€ÐµÑ Ð¾Ð´Ð°, фаза отраженной волны. Анализ проводился с помощью специально разработанного программного комплекса в программном обеспечении WolframMathematics, Matlab.В результате была уточнена зонная структура монокристалла 24PbSb Te., This work is devoted to the study of the band structure on a single crystal 24PbSb Tedoped with copper--a new promising compound based on chalcogenides.In the course of work on this study, the following tasks were solved:1). Experimental measurement of the reflection spectrum of single crystals24PbSb Te.2). Determination of the optical properties of the material under study, based on the reflection spectrum.3). Calculation of the absorption spectrum of a single crystal24PbSb Te.Within the framework of the work, the real and imaginary dielectric constant, absorption, indirect transition energies, and the phase of the reflected wave were determined. The analysis was carried out using a specially developed software package in the software Wolfram Mathematics, Matlab.As a result, the band structure of the single crystal was refined.

Тема выпускной квалификационной работы: «Плазменные колебания и Ð¸Ñ Ð¿Ñ€Ð¾ÑÐ²Ð»ÐµÐ½Ð¸Ðµ в ÑÐ¿ÐµÐºÑ‚Ñ€Ð°Ñ Ð¾Ñ‚Ñ€Ð°Ð¶ÐµÐ½Ð¸Ñ в Ñ‚ÐµÑ€Ð¼Ð¾ÑÐ»ÐµÐºÑ‚Ñ€Ð¸ÐºÐ°Ñ Â». Теллурид висмута является полупроводниковым материалом, который применяется в Ð½Ð¸Ð·ÐºÐ¾Ñ‚ÐµÐ¼Ð¿ÐµÑ€Ð°Ñ‚ÑƒÑ€Ð½Ñ‹Ñ Ñ‚ÐµÑ€Ð¼Ð¾ÑÐ»ÐµÐºÑ‚Ñ€Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ Ð³ÐµÐ½ÐµÑ€Ð°Ñ‚Ð¾Ñ€Ð°Ñ . Не-смотря на то, что он Ñ Ð¾Ñ€Ð¾ÑˆÐ¾ изучен, его некоторые особенности до ÑÐ¸Ñ Ð¿Ð¾Ñ€ остаются спорными. Работа посвящена исследованию Ð¾Ð¿Ñ‚Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ ÑÐ²Ð¾Ð¹ÑÑ‚Ð² тел-лурида висмута с примесью олова, являющегося однородным полупроводни-ком дырочного типа. Измерены спектры отражения для Ñ€Ð°Ð·Ð»Ð¸Ñ‡Ð½Ñ‹Ñ Ñ‚Ð²ÐµÑ€Ð´Ñ‹Ñ Ñ€Ð°ÑÑ‚Ð²Ð¾Ñ€Ð¾Ð², после чего с помощью соотношения Крамерса-Кронига построена диэлектрическая функция и спектры поглощения кристаллов. Был измерен спектр отражения монокристалла теллурида висмута с при-месью олова. Путем обработки в Ñ€Ð°Ð·Ð»Ð¸Ñ‡Ð½Ñ‹Ñ Ð¿Ñ€Ð¾Ð³Ñ€Ð°Ð¼Ð¼Ð½Ñ‹Ñ Ð¿Ð°ÐºÐµÑ‚Ð°Ñ , Ñ‚Ð°ÐºÐ¸Ñ ÐºÐ°Ðº: Wolfram Mathematica, Matlab были получены значения Ð¾Ð¿Ñ‚Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ Ð¿Ð°Ñ€Ð°Ð¼ÐµÑ‚Ñ€Ð¾Ð² монокристалла., The topic of the final qualifying work: "Plasma oscillations and their manifes-tation in the reflection spectra in thermoelectrics". Bismuth telluride is a semiconductor material used in low-temperature ther-moelectric generators in the temperature intervals T=200-600 K. Despite the fact that the crystals are well studied, its features, such as the band structure, still remain controversial. The work is devoted to the study of the optical properties of solid solutions of bismuth and antimony chalcogenides, as well as a solid solution of an-timony telluride with an admixture of lead Sb2Te3-PbTe, which is a homogeneous hole-type semi-conductor. The reflection spectra for various solid solutions are measured, after which the dielectric function and the absorption spectra of the crys-tals are constructed using the Kramers-Kronig relation. The reflection spectrum of a single crystal of bismuth telluride with tin ad-mixture was measured. By processing in various software packages, such as: Wolf-ram Mathematica, Matlab, the values of the optical parameters of a single crystal were obtained.

На основе уравнений, описывающих разности электрических потенциалов, фиксируемые электродами в растворе электролита, находящегося в неизотермических условиях, проводится анализ процесса формирования термоэлектрической ЭДС. Анализируются вклады в измеряемый сигнал от различных эффектов и их изменение с течением времени. Предложена методика измерения термоэлектрической ЭДС, позволяющая идентифицировать отдельные составляющие возникающей разности потенциалов. На основе анализа полученных экспериментальных результатов показано, что основной вклад в измеряемую разность термоэлектрических потенциалов вносит термодиффузионная разность электрических потенциалов в узком смысле, формирующаяся в начальном состоянии., The current article analyzes the process of thermoelectric EMF formation on the basis of equations describing the electric potential differences fixed by electrodes in an electrolyte solution under non-isothermal conditions. The authors also conduct an analysis of the contributions to the measured signal from various effects and their changes over time. A method for measuring the thermoelectric EMF is proposed, which allows identifying individual components of the resulting potential difference. Based on the analysis of the obtained experimental results, the article demonstrates that the main contribution to the measured difference of thermoelectric potentials, in the narrow sens, is made by the thermodiffusion difference of electric potentials, which is formed in the initial state., Международный научно-исследовательский журнал, Выпуск 7 (109) 2021, Pages 42-47

В теоретической части написан литературный обзор о термоэлектричестве, термоэлектрических материалах, термоэлектрических эффектах, структуре теллурида сурьмы, диаграммах состояния теллурида сурьмы, методах получения соединений AⅤ 2BⅥ 3. Целью данной работы является оптическое исследование спектров отражения в ИК-рассеяние образцов на основе теллурида сурьмы с добавлением селена, изготовленных методом Чохральского. Экспериментальная часть состояла из исследований спектров отражения данных образцов. Измерения спектров отражения в заданном диапазоне проводились на инфракрасном Фурье-спектрометре. Анализ спектров образцов в исследованном диапазоне с различным химическим составом показал наличие плазменных колебаний свободных носителей зарядов, а также наличие в низкочастотной области спектра особенностей кривой отражения, связанных с вкладом оптических фононов., In the theoretical part, a literature review is written on thermoelectricity, thermoelectric materials, the structure of antimony telluride, antimony telluride state diagrams, and methods for AⅤ 2BⅥ 3 preparation. The aim of this work is an optical study of the IR spectra of samples based on antimony telluride with the addition of 5 selenium manufactured by the Czochralski method. The experimental part consisted of studies of the reflection spectra of these samples. Temperature measurements of reflection spectra in a given range were carried out on an infrared Fourier spectrometer. An analysis of the spectra of the samples in the studied range with different chemical compositions showed the presence of plasma vibrations of free charge carriers, as well as the presence in the low-frequency region of the spectrum of the features of the reflection curve associated with the contribution of optical phonons.

В теоретической части написан литературный обзор о термоэлектричестве, термоэлектрических материалах, структуре теллурида висмута, диаграммах состояния теллурида висмута и его соединений, методах их получения и спектрах отражения. Целью данной работы является исследование спектров комбинационного рассеяния промышленных образцов на основе теллурида висмута, изготовленных методами экструзии и зонной плавки, для большей точности измерения, по сравнению с рентгеновскими исследованиями. Экспериментальная часть состояла из исследований рентгеновских и рамановских спектров данных образцов. В рентгеновском исследовании для экструдированного образца проводились электронно-микроскопический, рентгено – фазовый анализы, а также снимались рентгенограммы разных частей слитков, вращаемых в плоскости держателя. Было выявлено, что образец, изготовленный методом экструзии, обладает текстурой. Анализ рентгеновских и рамановских спектров для экструдированного образца показали постоянство химического состава в сочетании с небольшой анизотропии, что коррелирует с полученными ранее результатами. Для промышленного образца, полученного методом зонной плавки, был построен только спектр КРС, так как данные образцы обладают случайной неоднородностью распределения состава., In the theoretical part, a literature review is written on thermoelectricity, thermoelectric materials, the structure of bismuth telluride, state diagrams of bismuth telluride and its compounds, methods for their preparation and reflection spectra. The aim of this work is to study the Raman spectra of industrial samples based on bismuth telluride, manufactured by extrusion and zone melting, for greater measurement accuracy, compared with x-ray studies. The experimental part consisted of studies of X-ray and Raman spectra of these samples. In the X-ray study for the extruded sample, electron-microscopic and X-ray phase analyzes were carried out, as well as X-ray diffraction patterns of different parts of the ingots rotated in the holder plane were taken. It was found that the sample made by extrusion has a texture. The analysis of X-ray and Raman spectra for the extruded sample showed a constant chemical composition in combination with a slight anisotropy, which correlates with previously obtained results. For the industrial sample obtained by the zone melting method, only the Raman spectrum was constructed, since these samples have a random heterogeneity in the distribution of the composition.

Одним из перспективных устройств автономного питания систем мониторинга состояния объектов, медицинского оборудования и т. п. является термоэлектрический генератор (ТЭГ). Благодаря технологической совместимости с кремнием и высокой термической стабильности использование свойств полупроводниковых силицидов – важная ступень усовершенствования характеристик термоэлектрических генераторов. В статье представлены результаты моделирования термоэлектрического генератора на основе структуры Uni-Leg. Описаны методики моделирования, преимущества использования структуры Uni-Leg, силицидных материалов, результаты моделирования при различных температурных режимах и с использованием экспериментально полученных значений контактных сопротивлений. Приведен анализ влияния материалов керамических подложек на выходные параметры генератора., The article describes simulation results of a thermoelectric generator based on a Uni-Leg structure. The simulation techniques, advantages of Uni-Leg structure application, silicide materials and simulation results in different temperature ranges are described.

The necessity of detailed research, relevant consume cal semiconductor heat transfer devices. Distinctive features of thermoelectric devices flow type caused by the change of temperature of streams of coolant along the junctions of termoelectromotoare are identified. Differential equations systems determining the temperature change of the coolants, excluding from them the values of the temperatures of the junctions are used. A mathematical model for parallel flow and counter-flow thermoelectric heat pumps has been constuctucted. A mathematical model of a thermoelectric heat exchanger without any flows of heat in the gaps between the semiconductors has been developed. The cooled and heated liquids temperature dependences at the outlet of the heat exchanger from the heat transfer coefficient to the inner surface of the heat exchanger and reduced heat transfer coefficient from the outer surface of the heat exchanger have been constucted. It is proved that for the same values of heat transfer coefficient to the inner surface of the heat exchanger and reduced heat transfer coefficient from the outer surface of the heat exchanger reducing the temperature of fluid to be cooled significantly more than the increase in the temperature of the heated liquid. The main results obtained by the model are summarized. The analysis is carried out using MathCAD.

Thermoelectric properties and Shubnikov de Haas (SdH) oscillations of single crystals layers of an n-type bismuth telluride topological insulator (ТI) are investigated. The monocrystalline Bi2Te3 layers are prepared by the mechanical exfoliations of layers from a monocrystalline ingot with a respective structure. From experimental data on SdH oscillations both in longitudinal (H ∥ I) and in perpendicular (H ⊥ I) magnetic fields at temperature of 2.1–4.2 K, the cyclotron effective mass, Dingle temperature and the quantum mobility of charge carriers are calculated. It is revealed that the phase shift of the Landau levels index is 0.5 both for the parallel and perpendicular magnetic fields; this finding is attributed to the Berry phase of the surface state. From temperature dependences of resistance and thermo-power, the power factor in a temperature range of 2–300 K was calculated. It is found that the maximum value of the power factor was observed in a temperature range of 100–250 K; it corresponds to the best maximum values available in literature at temperatures above 300 K for perfect single-crystals. Taking into account that heat conductivity in thin layers is essentially lower than in bulk samples, it is reasonable to expect considerable enhancement of thermoelectric efficiency over a wide temperature range, which is of great importance for the development of new highly effective thermoelectric materials based on thinner Bi2Te3 ТI layers for practical applications in thermogenerators and coolers. Исследованы термоэлектрические свойства и осцилляции Шубникова-де-Гааза (ШдГ) монокристаллических слоев топологического изолятора (ТИ) теллурида висмута n–типа. Монокристаллические слои Bi2Te3 получались механическим отслаиванием слоев от монокристалли-ческого слитка соответствующего состава. Из экспериментальных данных по осцилляциям ШдГ как в продольном (H ∥ I), так и в поперечном (H ⊥ I) магнитных полях при температурах 2,1–4,2 К рассчитаны циклотронные эффективные массы, температура Дингла и квантовые подвижности носителей заряда. Обнаружено, что фазовый сдвиг индекса уровней Ландау имеет значение 0,5 как для параллельного, так и для перпендикулярного магнитных полей, что связано с фазой Берри поверхностных состояний. Из температурных зависимостей сопротивления и термоэдс рассчитан фактор мощности в интервале температур 2–300 К. Установлено максимальное значение фактора мощности α2σ в интервале температур 100–250 К, который соответствует максимальным значениям для совершенных монокристаллов, имеющимся в литературе. Учитывая, что теплопроводность в тонких слоях существенно меньше, чем в массивных образцах, следует ожидать значительного возрастания термоэлектрической эффективности в широкой области температур, что является важным фактором для разработки новых высокоэффективных термоэлектрических материалов на базе более тонких слоев ТИ Bi2Te3 для практического использования их в термогенераторах и охладителях.

Thermoelectric properties and Shubnikov de Haas (SdH) oscillations of single crystals layers of an n-type bismuth telluride topological insulator (ТI) are investigated. The monocrystalline Bi2Te3 layers are prepared by the mechanical exfoliations of layers from a monocrystalline ingot with a respective structure. From experimental data on SdH oscillations both in longitudinal (H ∥ I) and in perpendicular (H ⊥ I) magnetic fields at temperature of 2.1–4.2 K, the cyclotron effective mass, Dingle temperature and the quantum mobility of charge carriers are calculated. It is revealed that the phase shift of the Landau levels index is 0.5 both for the parallel and perpendicular magnetic fields; this finding is attributed to the Berry phase of the surface state. From temperature dependences of resistance and thermo-power, the power factor in a temperature range of 2–300 K was calculated. It is found that the maximum value of the power factor was observed in a temperature range of 100–250 K; it corresponds to the best maximum values available in literature at temperatures above 300 K for perfect single-crystals. Taking into account that heat conductivity in thin layers is essentially lower than in bulk samples, it is reasonable to expect considerable enhancement of thermoelectric efficiency over a wide temperature range, which is of great importance for the development of new highly effective thermoelectric materials based on thinner Bi2Te3 ТI layers for practical applications in thermogenerators and coolers. Исследованы термоэлектрические свойства и осцилляции Шубникова-де-Гааза (ШдГ) монокристаллических слоев топологического изолятора (ТИ) теллурида висмута n–типа. Монокристаллические слои Bi2Te3 получались механическим отслаиванием слоев от монокристалли-ческого слитка соответствующего состава. Из экспериментальных данных по осцилляциям ШдГ как в продольном (H ∥ I), так и в поперечном (H ⊥ I) магнитных полях при температурах 2,1–4,2 К рассчитаны циклотронные эффективные массы, температура Дингла и квантовые подвижности носителей заряда. Обнаружено, что фазовый сдвиг индекса уровней Ландау имеет значение 0,5 как для параллельного, так и для перпендикулярного магнитных полей, что связано с фазой Берри поверхностных состояний. Из температурных зависимостей сопротивления и термоэдс рассчитан фактор мощности в интервале температур 2–300 К. Установлено максимальное значение фактора мощности α2σ в интервале температур 100–250 К, который соответствует максимальным значениям для совершенных монокристаллов, имеющимся в литературе. Учитывая, что теплопроводность в тонких слоях существенно меньше, чем в массивных образцах, следует ожидать значительного возрастания термоэлектрической эффективности в широкой области температур, что является важным фактором для разработки новых высокоэффективных термоэлектрических материалов на базе более тонких слоев ТИ Bi2Te3 для практического использования их в термогенераторах и охладителях.

В работе исследованы термоэлектрические характеристики полупроводниковых систем, которые могут быть использованы для создания термоэлектрических преобразователей. Экспериментально изучены и рассчитаны коэффициенты Зеебека и добротность в системах «полупроводник–пористый полупроводник». Показано, что электрохимическая обработка полупроводников вызывает изменение структуры и энергетических характеристик материалов, что приводит к многократному увеличению коэффициента Зеебека и, соответственно, добротности термоэлектрических систем Thermoelectric characteristics of semiconductor systems that can be used to build thermoelectric converters were investigated. The Seebeck coefficient and the quality factor in the systems “ porous semiconductor – semiconductor” were experimentally studied and calculated. It have been shown that the electrochemical treatment of semiconductors causes the changes in the structure and energy characteristics of the materials leading to a multiple increase of the Seebeck coefficient and quality factor of thermoelectric systems