Высокоэффективный термоэлектрический материал и способ его изготовления

b
b
1. Термоэлектрический материал состоит из чередующихся слоев двух различных термоэлектрических материалов со средней толщиной в диапазоне от 3 до 100 нм, все слои термоэлектрических материалов состоят из частиц размером в диапазоне от 1 до 50 нм, причем первый термоэлектрический материал имеет ширину запрещенной зоны меньше ширины запрещенной зоны второго термоэлектрического материала, электропроводность первого термоэлектрического материала выше электропроводности второго термоэлектрического материала, так что на границах между слоями первого и второго термоэлектрических материалов образуются потенциальные барьеры высотой порядка KT, где K - константа Больцмана и Т - абсолютная температура.
2. Термоэлектрический материал по п. 1, отличающийся тем, что разориентация кристаллических решеток в частицах и между частицами в слоях термоэлектрических материалов не превышает 2-10°.
3. Термоэлектрический материал по п. 1, отличающийся тем, что границы слоев не являются плоскими, любой слой одного термоэлектрического материала имеет переменную толщину и может иметь разрывы, заполненные другим термоэлектрическим материалом, причем размер этих разрывов гораздо меньше размера сплошных областей в этом слое.
4. Способ изготовления многослойного термоэлектрического материала заключается в выполнении последовательности циклов прокатки материала в валках цилиндрической формы, причем первый цикл прокатки включает операцию подготовки исходного образца путем наложения друг на друга двух плоских образцов разных термоэлектрических материалов с одинаковой длиной и шириной, операцию прокатки исходного образца иоперацию разделения прокатанного материала на образцы длиной и шириной, равными длине и ширине исходного образца; последующие циклы включают операцию подготовки новых образцов путем наложения одного или нескольких слоев прокатанного материала друг на друга в стопку, операцию прокатки и операцию разделения прокатанного материала на образцы длиной и шириной, равными длине и ширине исходного образца.
5. Способ изготовления многослойного термоэлектрического материала по п. 4, отличающийся тем, что операция подготовки новых образцов для последующего цикла прокатки заключается в укладывании образцов, полученных в предыдущем цикле прокатки, друг на друга в стопку таким образом, чтобы образцы, которые соприкасались с поверхностью валков, размещались внутри стопки.
6. Способ изготовления многослойного термоэлектрического материала по п. 4, отличающийся тем, что количество циклов прокатки определяется требуемой конечной толщиной слоев термоэлектрических материалов и степенью обжатия материала в одном цикле.
7. Способ изготовления многослойного термоэлектрического материала по п. 4, отличающийся тем, что исходные образцы разных термоэлектрических материалов могут быть изготовлены методом зонной плавки, а также методами прессования или экструзии с использованием порошков этих материалов с размером частиц меньше 5 мкм.
8. Способ изготовления многослойного термоэлектрического материала по п. 4, отличающийся тем, что толщина исходных образцов разных термоэлектрических материалов может быть различной и определяется требуемой конечной толщиной слоев термоэлектрических материалов.
9. Способ изготовления многослойного термоэлектрического материала по п. 4, отличающийся тем, что прокатка образцовтермоэлектрических материалов осуществляется в вакууме или атмосфере инертного газа в диапазоне температур от 20 до 450°C.
10. Способ изготовления многослойного термоэлектрического материала по п. 4, отличающийся тем, что завершающей операцией является отжиг изготовленных образцов в вакууме или атмосфере инертного газа.
11. Установка многократной прокатки термоэлектрических материалов состоит из блока вращающихся валков, устройства толкающего типа для подачи исходного образца в валки и устройства разделения прокатанного термоэлектрического материала на образцы заданного размера.
12. Установка по п. 11, в которой блок валков может состоять из одной или нескольких пар вращающихся валков с уменьшающимся зазором между валками в направлении прокатки.
13. Установка по п. 11, отличающаяся тем, что валки должны иметь диаметр, превышающий толщину исходных образцов не менее чем в 40-50 раз.
14. Установка по п. 11, отличающаяся тем, что валки могут иметь цилиндрическую ступенчатую форму, причем центральная рабочая часть валков имеет меньший диаметр, боковые части валков имеют больший диаметр, длина рабочей части валков на 0,1-0,5 мм больше ширины исходного образца термоэлектрического материала, разность диаметров валков равна требуемой толщине прокатанного материала, что обеспечивает формирование прокатанного материала с поперечным сечением заданной прямоугольной формы.
15. Установка по п. 11, отличающаяся тем, что устройство подачи образцов в валки содержит толкатель и свободно вращающиеся направляющие ролики, расположенные вокруг исходного образца и обеспечивающие сохранение его формы при подаче усилия на толкатель.