В результате совместных исследований доцента кафедры физики твердого тела Института физики Казанского федерального университета Фарита Вагизова и ученых Техасского университета (США) были получены новые данные о физической природе электропроводности в сплавах Гейслера (Nb1−xTixFeSb). Они представлены в статье, опубликованной в журнале Materials Today Physics (импакт-фактор 10.443).
«Исследованные нами сплавы Гейслера, вернее сплавы полу-Гейслера, считаются перспективными термоэлектриками, – объясняет Ф.Вагизов. – Эффективность термоэлектрического материала зависит от термоэлектрической добротности. Чем она выше, тем лучше материал. Добротность, в свою очередь, зависит от электропроводности и теплопроводности. Чем выше электропроводность и ниже теплопроводность, тем лучше, эффективнее материал. К сожалению, два этих параметра взаимосвязаны (если электропроводность увеличивается, увеличивается и теплопроводность), и не просто добиться оптимума».
Чтобы снизить теплопроводность и увеличить электропроводность, ученые замещали в этих сплавах атомы ниобия на атомы титана.
«Нами были получены интересные данные о физической природе термоэлектрических свойств в этих новых соединениях. Оказалось, что эти свойства существенно зависят от природы дефектов, локализации резонансных уровней и электронной конфигурации составляющих атомов. ЯМР и мессбауэровские измерения на ядрах 93Nb, 121Sb и 57Fe позволили нам установить особенности электронной конфигурации входящих в состав сплава элементов, выявить их вклады в транспортные свойства материала. Эти знания могут быть использованы для целенаправленного поиска термоэлектрических материалов с рекордно высокими значениями добротности в сплавах типа сплава Гейслера», – сообщил Фарит Габдулхакович.
Такие термоэлектрические материалы позволят создать высокоэффективные солнечные батареи и термоэлектрические генераторы, помогающие напрямую преобразовывать тепловую энергию в электрическую и наоборот.
«Термоэлектрики могут преобразовывать не только тепло в электричество, но и электричество в холод, использоваться для создания кондиционеров, например», – отметил ученый.
Авторы статьи считают, что их открытие будет способствовать развитию «зеленой» энергетики.