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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2295801

VERFAHREN ZUR EINRICHTUNG ZUR DIREKTEN thermoelektrische Energiewandlung HERSTELLUNG

Name des Erfinders: Nick Michael K. (US)
Der Name des Patentinhabers: Nick Michael K. (US)
Korrespondenzanschrift: 103735, Moskau, ul. Ilinka, 5/2 "Soyuzpatent" N.N.Vysotskoy
Startdatum des Patents: 2002.09.06

Verwendung: in Geräte für die direkte und umgekehrte Umwandlung von Wärme in Strom (thermoelektrische Generatoren, Kühler, Wärmepumpen). EFFEKT: Steigerung der Effizienz der Energieumwandlung. ZUSAMMENFASSUNG: für die Herstellung von p-Typ-Zweig und / oder n-Typ-Zweig mit einer Zusammensetzung, die Magnesium, Silizium, Blei und Barium. Die Zusammensetzung enthält auch einen oder mehrere zusätzliche Dotierungsmaterialien.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren , eine Vorrichtung zur direkten thermoelektrische Energiewandlung der Herstellung, mit dem die Energieumwandlungseffizienz von Wärme an Strom steigt wesentlich , und umgekehrt, und die mit dem Stoff ausgerichtet ist, für eine Vorrichtung zum direkten thermoelektrische Energiewandlung erzeugt wird .

Bei der Verwendung von Pulvermetallurgie-Technologie für die obige Zusammensetzung der Materie produzieren sollten die neuesten Entwicklungen des nationalen Institut für Standards und Technologie berücksichtigen - NIST (NIST). neue Technologie-Entwicklungsprogramm, oder Erfindung, mit dem Titel: "Synthese von Feinpulver Polykristalline Bi-Se-Te, Bi-Sb-Te und Bi-Sb-Se-Te-Legierungen für thermoelektrische Anwendungen" in J. Terry Linch Juni 1996 veröffentlicht . Thermo Society in der Veröffentlichung der internationalen "Thermo News". Vorläufern von Legierungen die allgemeine Zusammensetzung: Bi-Se-Te, Bi-Sb-Te und Bi-Sb-Se-Te synthetisiert werden, den Prozess der wäßrigen Co-Deposition und organische Metallkomplexe verwendet. Regeneration ermöglicht Wasserstoff Vorläufern Legierungen in Form eines dünnen polykristallinen Pulver zu erhalten. Dieses Verfahren ist einfacher als herkömmliche Schmelzverarbeitung und liefert eine Ausbeute von 88-92% im Labor. Das neue Verfahren kann die Kosten für Ausrüstung, Materialien und Arbeit, aufgrund der direkten Herstellung von feinen Pulvern, reduzieren, die damit die Fräs- und Siebschritten eliminiert nach der Schmelzverarbeitung erforderlich. Synthese des Vorläufers bei einer Temperatur unterhalb von 100 ° C in wässriger Lösung von handelsüblichen Chemikalien. Legierung Synthese bei 300-400 ° C, die niedriger ist als die Schmelztemperatur der Behandlung ist, um eine Ausbeute von 88% der theoretischen Ebene. Somit wird ein Übergang auf die kontinuierliche Herstellung konventioneller Technik in der Chemiereaktor. Diese neue Entwicklung oder Erfindung verbessert die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Produktion von Solid-State-thermoelektrische Kühlgeräte und Kühlgeräte. Daher ist es wahrscheinlich lohnt weiter, diese neuen Entwicklungen, um zu erkunden anzupassen oder sie zu den Verbindungen zu verteilen, die die Grundlage der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind. Ein solcher Ansatz würde im Wesentlichen den Hauptnachteil der Pulvermetallurgie-Technik zu beseitigen, vor allem mit einer unerwünschten Kontamination oder Doping Zusammensetzung Verunreinigungen verbunden sind, nämlich Fe Eisen, das für das Schleifen und das Stahlgehäuse des Planetenkugelmühle in die Zusammensetzung der Stahlkugeln verwendet tritt . Dies wird durch Eliminieren der Verwendung einer Planeten-Kugelmühle erreicht, da nicht mehr auszuführen benötigt Schleifen und Pulverisieren oder Legierungszusammensetzung. Darüber hinaus ist die neue Technologie am NIST entwickelt, wenn erfolgreich auf die Zusammensetzungen anpassen hierin gezeigt und beansprucht wird, und wird die wichtigsten Nachteile metallurgischen Schmelztechnologien oben genannten überwinden oder zu beseitigen. Diese Mängel im Zusammenhang mit der Notwendigkeit, Rühren oder Vibration Zufuhr zu den Bestandteilen in den Schmelzprozess zu einer homogenen Legierung, sondern auch mit dem Erfordernis des Schmelzens der Bestandteile unter Argon oder Helium bei einem relativen Druck von 2-30 physikalische Atmosphären zu erhalten, ist es notwendig, den Verlust von Magnesium zu unterdrücken, und somit Weise wie die stöchiometrische Zusammensetzung der Legierung zu erhalten.

Thermo- oder Thermoelektrik, wie es jetzt genannt wird, wurde 1821 von Thomas Johann Seebeck ersten thermoelektrischen Effekt, nach der Entdeckung schien die als Seebeck-Effekt bekannt, da worden ist, und wird durch den Seebeck-Koeffizienten charakterisiert. 1833 entdeckte Peltier den zweiten thermoelektrischen Effekt, der als der Peltier-Effekt bekannt seit wurde. Seebeck entdeckt, dass eine Kompaßnadel abweichen kann, wenn es in der Nähe einer geschlossenen Schleife angeordnet ist, die aus zwei unterschiedlichen Metallen, wenn einer der beiden Übergänge auf einer höheren Temperatur als die andere gehalten wird. Es ist möglich, die Tatsache festzustellen, dass zwischen diesen beiden Übergänge eine Spannungsdifferenz erzeugt wird, oder wenn die Temperaturdifferenz zu ihnen. Dieses Phänomen hängt von der Natur der Metalle. Peltier gefunden, dass die Verbindung von verschiedenen Metallen eine Änderung der Temperatur ist, die durch die Absorption oder Freisetzung von Wärme begleitet, wenn der Übergang durch einen elektrischen Strom. 1838 g. Lenz Erklärung Absorption oder Wärmeerzeugungsphänomen über dem Übergang vorgeschlagen, abhängig von der Stromrichtung. Darüber hinaus Sir William Thomson, dann bekannt als Lord Kelvin, der zusammen mit dem deutschen Physiker Rudolf Julius Emanuel Clausius in der Mitte des neunzehnten Jahrhunderts berühmt wurde, dank der Formulierung der ersten und zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, sondern auch dank der Entdeckung und Etablierung der Entropie Konzept und leistete wichtige Beiträge zur Entwicklung von thermoelectricity. Er entdeckt eine dritte thermoelektrischen Effekt: Thomson-Effekt, der zur Erwärmung oder Kühlung eines einzigen homogenen Leiter bezieht, ist durch den Temperaturgradienten beeinflusst. Er brachte vier wichtige Gleichungen alle drei Effekte verbindet, nämlich der Seebeck-Koeffizient, Peltier und Thomson. Diese Gleichungen sind in der Technik wie die Kelvin Beziehungen bekannt und werden in jedem Standard-Lehrbuch über thermoelectricity oder direkte Energieumwandlung gefunden. Thermo- darüber hinaus hat sich deutlich im Jahre 1885 entwickelt, als Lord Rayleigh die Möglichkeit in Betracht gezogen und schlug vor, den Seebeck-Effekt unter Verwendung von Elektrizität zu erzeugen. Meilenstein in der allgemeinen Theorie der thermoelectricity bietet speziell, um ein besseres Verständnis der Einsatzmöglichkeiten und Anwendungen dieses Phänomens für die Wärme direkt in Strom umzuwandeln und umgekehrt, wurde 1911 dank der Altenkirchen beobachtet. Er schuf eine befriedigende Theorie von thermoelectricity für die Stromerzeugung und Kühlung. Ihre Argumente für die beste Effizienz Seebeck-Koeffizient oder thermoelektrische Kraft derjenigen reduziert, wie es jetzt genannt wird, sollte so hoch wie möglich sein, dh die elektrische Leitfähigkeit so hoch wie möglich sein muß, während die Wärmeleitfähigkeit wie möglich sein sollte, gering. Auf dieser Grundlage erhält man die Gleichung für den Leistungsfaktor: PF = S ² = S ² / Wo S = Seebeck-Koeffizient oder thermoelektrische Energie, = Leitfähigkeit und = Elektrischer spezifischer Widerstand, und der Koeffizient der Energiemenge erforderlich, so viel wie möglich, oder maximiert, und k = Wärmeleitfähigkeit, deren Wert zu erhöhen, sollten so weit wie möglich minimiert oder reduziert werden. Altenkirch ein Ergebnis fanden die folgende Gleichung:

wobei der Exponent Z wird als thermoGüteZahl bekannt ist , und hat eine Abmessung von K ^-1. Diese Gleichung kann auf dimensionsloser Form reduziert werden, wenn man es für einen Wert der absoluten Temperatur T zu multiplizieren, der eine heiße Übergangstemperatur der thermoelektrischen Vorrichtung sein kann. Dies bildet die Grundlage für den Erhalt der anderen Parameter: die dimensionslose thermoGüteZahl ZT, die die gleiche wie Z ist, können die Gleichungen in der Effektivität und Effizienz bei der Energieumwandlung jedes Thermoelektrikum oder Gerät verwendet werden.

Die moderne Zeit der Entwicklung von thermoelectricity tatsächlich begonnen, wenn die Aufmerksamkeit der Ingenieure und Wissenschaftler auf die Entwicklung der Halbleitertechnologie fokussiert. Letztere werden als Substanzen oder Materialien, deren elektrische Leitfähigkeit definiert ist, die zwischen Metallen und Isolatoren. Es wurde ein Vergleich zwischen den sogenannten Mineralien durchgeführt, die zu den damals bekannten Halbleitern und Metallen vorgestellt wurden. Es wurde festgestellt, daß die Metalle der Vorteil ihrer Formbarkeit haben, relativ gleichbleibenden Eigenschaften, das heißt praktisch unabhängig von der Temperatur, sondern auch chemische Stabilität, wohingegen Mineralien oder Halbleitern im Falle von mäßiger oder starker Dotierung weisen einen relativ hohen Wert des Seebeck-Koeffizienten S und damit einen bescheidenen Wert von thermoelektrischen Gütezahl Z haben das Fehlen von Metallen in den niedrigen Wert des Seebeck-Koeffizienten der S war, der niedrige Wert des thermoelektrischen Qualitätsindex Z und in der Tatsache, dass Metalle eine Grenze durch das Wiedemann-Franz-Gesetz, Wärmeleitfähigkeit Verhältnis, das bestimmt haben, im allgemeinen ist eine elektronische, auf Leitfähigkeit. Das Gesetz legt fest, dass eine solche Haltung als eine Funktion der absoluten Temperatur T für das Metall ist eine gerade Linie oder lineare Beziehung, die Steigung, die somit durch die Anzahl der Lorenz L. bestimmt wird, kann das Wiedemann-Franz-Gesetz für Metalle in der folgenden Form ausgedrückt werden:

wobei _k el = elektronische Wärmeleitfähigkeit.

Für Metalle _k = k el = Gesamt Wärmeleitfähigkeit, da der Wert der Wärmeleitfähigkeit des Gitters vernachlässigbar ist, oder es kann vernachlässigt werden.

Nachteile von Mineralien oder Halbleiter, waren in ihrer Sprödigkeit Eigenschaften, die durch die Abhängigkeit der Temperatur und die Abwesenheit von chemischen Stabilität zu bestimmen. In der Tat war die Abhängigkeit der Eigenschaften von Halbleitern auf Temperatur alle theoretischen Studien ihre Wirksamkeit in Bezug auf Qualität, Effizienz der Energieumwandlungseffizienz der erzeugten Leistung und dem Leistungsverbrauch, die Wärmemenge an der kalten Lötstelle absorbiert oder zurückgezogen wird, die Wärmemenge entfernt, absorbiert oder an der heißen Lötstelle übertragen wird, wenn sie als thermoelektrische Materialien verwendet werden, oder thermo~~POS=TRUNC, die sich, daß als Metalle viel komplizierter manifestiert. Somit wurde angenommen, dass die Metalle besser geeignet für die Verwendung als Thermoelement-Drähte, während Halbleiter als Material geeignet zur Herstellung einer kleinen Modulen, die die Basis von Thermoelementen, die Beine oder Stifte der thermoelektrischen Vorrichtungen bilden, betrachtet werden. Es sollte betont werden, dass viele der technologischen Schwierigkeiten, die Forscher in thermoelectricity aus der Tatsache ausgehen begegnet, dass thermoelektrische Vorrichtungen Module umfassen oder Thermoelementen, von Halbleitern, die in der Regel nicht die Flexibilität, Widerstandsfähigkeit und chemische Stabilität von Metallen aufweisen.

Weitere Fortschritte bei der Entwicklung von thermoelectricity trat in den 1930er Jahren, als synthetische oder Verbindungshalbleiter wurden zunächst untersucht. Im Jahr 1947 entworfen Maria Telkes und konstruierte eine thermoelektrische Energie-Generator mit einem Wirkungsgrad von 5%. Dann, im Jahre 1949 entwickelte er die Theorie der thermoelectricity Ioffe Semiconductor. Er schrieb zwei Bücher erweiterte: ". Semiconductor Thermoumformer und thermoelektrische Kühlung" "Physics of Semiconductors" und Halbleiter tatsächlich Stoffe oder Materialien, die eine Zwischenebene zwischen der Leitfähigkeit von Metallen mit und Isolatoren. Verbesserte elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern kann in der Regel durch eine Erhöhung der Anzahl der freien Ladungsträger darin erhalten werden. Dies kann durch die Einführung in die Halbleiteratome entsprechenden Fremdelement-Verbindung oder Material erreicht werden, das üblicherweise Dotierungsmittel genannt wird, oder Unreinheit, in einer geeigneten Menge oder Anteil. Das letztgenannte Verfahren ist die Eingabe ein fremdes Element Atome oder Verunreinigungen auf einen Halbleiter-Dotierung genannt. In dieser Dotierung durchgeführt wird , um die Konzentration der freien Ladungsträger in dem Halbleiter auf einen Wert von 1 × ¹⁸ Oktober bis 5 × ^{20. Oktober} Träger pro Kubikzentimeter bei Raumtemperatur zu bringen. Dotierter Halbleiter mit einem freien Träger bestellen ^{18. Oktober} Träger pro Kubikzentimeter gelten als "leicht dotierte" Halbleiter mit der Konzentration freier Ladungsträger in der Größenordnung von ^{19. Oktober} Träger pro Kubikzentimeter genannt zu werden "mäßig dotiert" , während der Halbleiter mit der Konzentration freier Ladungsträger von etwa 10 ²⁰ Träger pro Kubikzentimeter als "stark dotierte" Halbleiter bekannt. Es sollte , dass der Leistungsfaktor zu beachten, S ^2, oder , Rund 19 Träger ^Oktober pro Kubikzentimeter bei der maximalen Konzentration freier Ladungsträger errungen. Ebenso erhalten die thermoelektrische Gütezahl Z Qualität und das Maximum bei etwa der gleichen Konzentration von Trägern ^Oktober freie Ladungsträger 19 pro Kubikzentimeter. Diese Verhältnisse sind oder approximate Faustregeln, die für alle Halbleiter im Allgemeinen anwendbar sind, kann jedoch etwas in Abhängigkeit von der Art des Halbleiter variieren.

Die meisten Halbleiter sind nicht-elementaren oder synthetisch, das heißt Verbindungen und haben in der Regel geringen Energiewert der Sperrzone zu moderieren. Die früheren Halbleiterelemente mit einem großen Atomzahl und Atomgewicht verwendet. Dies wurde absichtlich getan Zellen auszuwählen, die möglichst niedrigen Wärmeleitfähigkeit, wodurch die thermoelektrische Gütezahl zu optimieren. Diese Regel wurde verwendet, die darin besteht, dass die höhere Ordnungszahl und Atomgewicht eines Elements ist, desto geringer ist die Wärmeleitfähigkeit. Dies wiederum führte zu "schweren Element Auswahlkriterium." In Übereinstimmung mit diesem Kriterium war es erforderlich, bevorzugt sind die Elemente hoher Atomgewicht, d.h. schwere Elemente über andere leichtere Elemente auszuwählen, und geben, da davon ausgegangen werden kann, dass ein solches Element eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen würden. Als Ergebnis war es möglich, die meisten möglichen thermoelektrischen Gütefaktor zu erhalten. Argumente dieser Art waren sehr häufig und fruchtbar in den dreißiger Jahren, vierziger und fünfziger Jahren und ohne den geringsten Schatten eines Zweifels durch die Ioffe verteilt. Sie haben auf jeden Fall ein Forschungsprojekt initiiert, die zur Selektion geführt von zwei der wirksamsten und am häufigsten bisher Thermoelektrika verwendet, Wismut - Tellurid - Bi ₂ Te ₃ und PbTe Tellurid führen. Zunächst erhielt ich seit den breiten Einsatz in thermoelektrischen Kühlung oder Kühlanlagen, während die letzte für eine thermoelektrische Kühlung und Wärmekrafterzeugung erfolgreich eingesetzt. Aber ein solcher Ansatz oder ein Konzept, das auf der Tatsache, dass je niedriger die thermische Leitfähigkeit der Zelle ist, desto größer das Atomgewicht, und die Ordnungszahl beruht, ist nicht notwendigerweise für den gesamten Periodensystems. Diese Aussage ist daher nur teilweise richtig. Seine Gültigkeit wird auffälliger und akzentuiert, die mit der Spalte beginnend darstellt Gruppe IVB Elemente, wenn nach unten zu der untersten Reihen bewegen, und wenn sie auf der rechten Seite, zu der Gruppe VB und VIB-Elemente zu bewegen. Somit ist trotz der ersten Erfolge in den dreißiger Jahren, vierziger und fünfziger Jahren in die Auswahl von guten thermoelektrischen Elemente und Verbindungen Indikator oder das Konzept der schweren Element der Wahl für alle Elemente des Periodensystems nicht universal. Diese früheren Beobachtung, Konzept oder eine Komponente, neben der Tatsache, dass sie dazu beigetragen haben, zu identifizieren und erhalten zwei besten zum Zeitpunkt des Materials auf dem Gebiet der Thermoelektrizität, gleichzeitig und erlaubt zu identifizieren oder die Summe von fünf, vor allem schwer, Elemente zu finden, nämlich: Blei, Wismut, Antimon, Tellur und Selen. Alle diese fünf Elemente, und mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit, haben dazu geführt, in der Entwicklung von thermoelectricity in den dreißiger Jahren, vierziger und fünfziger Jahren, um die Fortschritte, und zwar in eine thermoelektrische Kühlung und Wärmekrafterzeugung. So unter Verwendung der oben Indikator anschließend entwickelt worden oder mehrere synthetische Halbleiter oder Halbleiter, die die Verbindung bildet. Einige Beispiele können durch Blei-Selenid, Blei antimonide, Blei-Tellurid-Selenid, Blei antimonide Elenid, Wismut antimonide, Bismutselenidadditiv, Antimon-Tellurid, Silber antimonide Tellurid, Bismut-Tellurid-Selenid und Wismut antimonide Elenid vertreten sein.

Somit kann , da die elektrische Leitfähigkeit eines Halbleiter Regel in erhöht werden , um den Maximalwert der thermoelektrischen erhalten: PF = S ² = S ² / , Die Halbleiter haben in der Regel mäßig oder stark dotiert sein. Darüber hinaus, um den maximalen Wert und die thermoQualitätsIndikator zu erhalten:

und die Wärmeleitfähigkeit muss so weit wie möglich verringert oder reduziert werden. Um dies zu erreichen, verwenden Sie das "schweres Element Auswahlkriterium" Ioffe, die in dieser Beschreibung bereits erwähnt wurde, Elemente aus dem Periodensystem der Auswahl, aber bedenken Sie auch die Möglichkeit, mit den fünf Elementen, die siebte oder untere Reihe besetzt, und der Zugehörigkeit gleichzeitig Gruppen FVB, VB, VTB, VTIB und VHI des Periodensystems. Diese fünf Elemente besitzen die höchsten fünf Ordnungszahlen möglich in dem Periodensystem, nämlich 100, 101, 102, 103 und 104 und jeweilige Werte der Atomgewichtskomponenten 257, 258, 259, 262 und 261 jeweils. Die entsprechenden Namen dieser Elemente: fermium Fm, mendelevium Md, nobelium Nein, LRLawrencium und Dubna UNQ sind. Diese Namen werden von der Internationalen Union für reine und angewandte Chemie, IUPAC (IUPAC) und modifiziert in Übereinstimmung mit den Vorschlägen von Forschern, Berkeley (USA) empfohlen. Die oben genannten fünf Elemente, mit der höchsten Ordnungszahl und Atomgewicht Werte im Periodensystem leider kaum geeignet für unsere Zwecke, dh für thermoelektrische Energiewandlung. Alle sind synthetisch, kurzlebige radioaktive Elemente erzeugt - Metalle und daher verworfen werden sollte. Als Ergebnis ist es notwendig, die Aufmerksamkeit auf die fünf Elemente zu zahlen, direkt über die oben genannten Elemente von Fm, Md liegt, No, Lr und UNQ in der sechsten Zeile. Somit ist es möglich, die fünf neue Elemente zu finden oder zu identifizieren, von dem bzw. es ist möglich, die ideale oder besten thermoelektrischen Halbleitermaterial auszuwählen. Diese Elemente sind Blei, Wismut, Polonium, Astat und Radon. Rn-Radon ist ein schweres Gas radioaktiven Element und kann daher nicht zu sehen. Bei Astat ist ein sehr instabilen radioaktiven Element und es und sollte gestrichen werden. Po Polonium ist ein natürlich vorkommendes radioaktives Element - Metall, und es und sollte von möglichen Wahlen ausgeschlossen werden. Als Ergebnis behielt nur Wismut Blei Pb und Bi mit den Ordnungszahlen 83 und 82 und einem Atomgewicht von 208,98 und 207,2 verbunden, die als ideal thermoelektrischen Halbleiterelemente oder Materialien verwendet werden können. Zugleich jeder Physiker, der zu dieser Zeit auf dem Gebiet der thermoelectricity gearbeitet, sowohl in der theoretischen Forschung und experimentelle Arbeiten während dieser sehr wahrscheinlich auf die AF Ioffe bezieht, hatte zu berücksichtigen, dass die Herstellung von Legierungen oder Wismut-Reaktionsprodukt oder führen mit Tellur, die ein nichtmetallisches Halbleiterelement stellt eine Verbindung gibt sicherlich Halbleiter. Ferner wurde als ein Ergebnis der Reaktion oder Legierungs Wismut und Blei mit Tellurverbindung Wismut - Tellurid - Bi ₂ Te ₃ und Bleitellurid, PbTe verbunden, die die thermische Leitfähigkeit der resultierenden Verbindungen weiter zu reduzieren , ermöglicht , und es bis zu einem gewissen Zwischenwert zwischen den Werten der thermischen Leitfähigkeit der Ausgangsbestandteile zu bringen . Somit aufgrund zwischen den Werten der Wärmeleitfähigkeit von Bismut und Tellur zu einem gewissen Zwischenwert verringert werden. Bismut mit Tellur, wobei die erste thermische Leitfähigkeit zu legierenden Хотя свинец в отличие от висмута проявляет свойства скорее металла, чем полупроводника, что затрудняло в прошлом его идентификацию в качестве потенциального термоэлектрического материала, даже при сплавлении или реакции его с теллуром, его использование позволило получить другие имеющие важное значение синтетические полупроводники или полупроводники на основе соединений с исключительными или уникальными термоэлектрическими свойствами, то есть теллурид свинца PbTe. Хотя теллурид висмута более известен благодаря его более распространенному или преобладающему использованию в термоэлектрических холодильных установках, теллурид свинца несмотря на жесткую конкуренцию со стороны кремниево-германиевых сплавов, а именно Si _0,7 Ge _0,3 , до настоящего времени позволяет получить наилучшие материалы для термоэлектрического генерирования энергии. Указанные два синтетических материала или полупроводниковые соединения, то есть Bi ₂ Te ₃ и PbTe, явились, без малейшей тени сомнения, основанием больших успехов и триумфа в термоэлектричестве до шестидесятых годов. В заключение следует отметить, что первый термоэлектрический холодильник или тепловой насос был построен в 1953 г., в то время как первый термоэлектрический генератор энергии с коэффициентом полезного действия 5% был создан в 1947 г. Марией Телкес.

Die meisten Halbleiter haben eine niedrige Werte von Energiebandlücken zu moderieren. Energiebandlücke ist der wichtigste Faktor, der im Studiendesign oder die Synthese eines neuen Halbleitermaterial in Betracht gezogen werden sollte, mit oder mögliche Verwendung für den direkten Thermoenergieumwandlung. Die Breite des Energiebandlücke ist der Hauptindikator in der Wahl der thermoelektrischen Materialien, da die Bandlückenenergie Wert erforderlich, um ein Elektron von einem lokalisierten Elektronenbindungsorbital und steigt auf das Niveau der Leitfähigkeit zu entfernen. Material mit einer kleinen Energiebandlücke ist unerwünscht, weil dies dazu führt, dass das Material entartet unlegierten oder bei einer relativ niedrigen Temperatur wird. Nach einer Formel, entwickelt von Pierre Agren, desto kleiner Energiebreite des verbotenen Bandes des Materials, desto niedriger ist die Temperatur, bei der das Material unlegierten oder degeneriert ist, und somit nicht geeignet für thermoelektrische Energieumwandlung. Der Grund für dieses Phänomen ist, dass, wenn ein Material wird degenerierten sowohl die elektrische Leitfähigkeit erhöht und die thermische Leitfähigkeit, jedoch seine Thermokraft, die 2 bis Exponent erhöht und wesentlich reduziert wird, und dies beeinträchtigt die Anzeigequalität. Wieder Agrena der Formel kann man sehen, dass je größer die verbotene Energieband des Materials ist, desto höher die maximale Heißstellentemperatur an dem eine Vorrichtung, wie beispiels Material enthält betrieben werden kann, während hohe Werte der thermoelektrischen Gütezahl beibehalten wird. Eine Vorrichtung, bei der sowohl die maximale Temperatur der Meßstelle und thermoGüteZahl ist ausreichend hoch, und eine hohe Gesamt-Energieumwandlungswirkungsgrad aufweisen. Auf der anderen Seite ist es sehr breites Energieband ist verboten unerwünscht, da sie eine größere Schwierigkeit von Elektronen von lokalisierten bindenden Orbitalen in das Leitungsband zu entfernen impliziert. Folglich moderate Energiebandlücke, nämlich etwa 0,6 Elektronenvolt, ist ausreichend für den direkten Thermoenergieumwandlung. Diese Zahl wurde von Pierre Agren als eine der Eigenschaften der guten thermoelektrischen Materialien vorgeschlagen. Die folgende Tabelle zeigt die Energiebandlücken der verschiedenen halbleitenden intermetallischen Verbindungen oder synthetische Halbleitern und verwandten Halbleiterkomponenten und Elemente - Metallen.

Die Verbindung oder das Element	Energiebandlücke	Die Verbindung oder das Element	Energiebandlücke	Die Verbindung oder das Element	Energiebandlücke
Ca 2 Si	1.9	PbS	0,37	-LaSi 2	0,19
Ca 2 Sn	0,9	InSb	0,27	Ossi 2	1.4
Ca 2 Pb	0,46	InAs	0,47	Os 2 Si 3	2.3
Mg 2 Si	0,78	AlSb	1.6	Ge Ru 23	0.34
Mg 2 Ge	0,70	GaSb	0,8
Mg 2 Sn	0.36	RESI 2	0,12
Mg 2 Pb	0,10	FeSi 2	0,9
BaSi 2	0,48	Ru 2 Si 3	0,9
MnSi 1,73	0,67	Si	1.1
CrSi 2	0,35	Ge	0,60
Si x Ge 1-x	0,7	Sn	0,10

So haben die meisten Halbleiter, insbesondere von Halbleitern im Bereich der Thermoelektrizität verwendet, in der Regel niedrige Werte der Energiebandlücken zu moderieren, und ausgewählt sind oder so hergestellt, dass sie ein hohes Atomgewicht aufweisen, um die Wärmeleitfähigkeit verringern. Viele Halbleiter sind entweder weich oder spröde, haben kovalente chemische Bindungen und sind etwas chemisch instabil oder reagieren mit Luftsauerstoff und Feuchtigkeit und haben eine niedrige Schmelzpunkte zu moderieren.

1956 betrachtet Ioffe die Idee Verschmelzen oder die Bildung von festen Lösungen isomorph Halbleiterverbindungen für die thermische Leitfähigkeit von thermoelektrischen Materialien zu reduzieren. Dieses Phänomen tritt als Ergebnis der Phonon-Phonon-Wechselwirkung und der damit Phonon-Phononenstreuung der Anteil davon mit der Temperatur erhöht, einfach aufgrund der Tatsache, dass eine große Menge von Phononen. In der Ansicht von Phononen durch Quantenmechanik dieser Art von Phonon-Phononenstreuung wird als die Absorption oder Emission eines Phonons durch einen anderen Phonon beschrieben. Wenn somit der Phonon-Phonon vzamodeystviya fallen oder daß tritt ein Phonon erhöht seine Energie auf ein Hindernis durch die Interaktion und die Absorption eines Phonons. Die Emission eines Phonons ist ähnlich, außer dass das einfallende oder das eintritt Phonon verliert Energie und das Hindernis durch die emittierte Phonon dargestellt.

Die nächste wichtigste Quelle der Phononenstreuung erzeugt durch Defekte zeigen. Ein Punktdefekt einfach bedeutet, dass eines der Atome, aus denen der Kristall von allen anderen unterscheidet. Ein Punktdefekt ist, per definitionem, ist sehr klein und hat wenig oder keine Wirkung auf Phononen mit langer Wellenlänge oder niedrige Energie. Aber Phononen mit kurzer Wellenlänge und hoher Energie werden von Punktdefekten stark gestreut. Der Defekt jeglicher Art führt zur Streuung von Phononen, aber die wichtigste Art der Punktdefekt in thermoelektrischen Materialien ist üblicherweise ein Atom mit Gewicht, sehr verschieden von dem Gewicht des Wirtskristalls.

Wenn der Hauptunterschied zwischen dem Punktdefekt und der durch die Masse des Atoms dargestellt Wirtskristall wird die Streuung oft als "Legierung Streuung" bezeichnet, "Streuung aufgrund von Schwankungen in Gewicht" oder "Legierung Streuung aufgrund von Gewichtsschwankungen." Ähnlich wird, wenn der Hauptunterschied zwischen dem Punktdefekt und dem Wirtskristall das Volumen durch ein Atom Streuung besetzt ist, ist "Streuung aufgrund von Schwankungen in dem Band" oder als "Legierungsstreuung aufgrund von Volumenschwankungen." Typischerweise wird gleichzeitig mit der Masse und das Volumen des Atoms verbunden der Hauptunterschied zwischen dem Punktdefekt und dem Wirtskristall. So, in der Regel gleichzeitig Streuung tritt aufgrund von Gewichtsschwankungen und Streuung durch Volumenschwankungen. Folglich bedeutet der Begriff "Legierung scattering" im Allgemeinen eine Phonon-Phononenstreuung an derselben Punktdefektzeit aufgrund der Masse und des Volumens Schwankungen oder Differenzen zwischen den Punktdefekte und die Wirts Atome des Kristalls. Die Begriffe "Streuung aufgrund Massen- und Volumenschwankungen" oder "Legierung Streuung Streupunktdefekt", wenn Atome von Punktdefekten sind in ausreichend wesentliche Teile in der Mischung oder Legierung "ist in der Regel bevorzugt im Vergleich mit dem Begriff", die von Atomen des Wirtskristall besteht und Defekt-Atomen. Aber die Idee oder das Prinzip bleibt das gleiche, wenn das Gitter tatsächlich gleichförmig ist, Phononen Trajektorie unterliegt einer sehr geringen Streuung. Zur gleichen Zeit, wenn das Gitter eine erhebliche Menge an Defekten enthält, werden Phononen zu starke Streuung unterworfen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur direkten Thermoenergieumwandlung, bestehend aus Entfernung von p-Typ, n-Typ-Drain, eine heiße Lötstelle und einer kalten Lötstelle, umfassend die Verwendung der Zusammensetzung zur Herstellung von n-Typ-Drain-und / oder p Drain Gerätetyp, wobei die Zusammensetzung Magnesium, Silizium, Blei und Barium umfaßt und enthält gegebenenfalls ein oder mehrere zusätzliche Dotierungsmaterialien. Die Zusammensetzung kann kein zusätzliches Dotierungsmaterial enthalten, oder Materialien.

Vier Grundelemente - die die Zusammensetzung, nämlich Mg, Si, Pb und Ba, werden miteinander vermischt, um eine chemische Reaktion zwischen diesen durchzuführen, eine Verbindung zu bilden. Somit wird in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur direkten Thermoenergieumwandlung, bestehend aus Entfernen der p-Typ Drain-n-Typ, eine heiße Lötstelle und einer kalten Lötstelle, umfasst, bei der Herstellung Drain vom n-Typ unter Verwendung einer Zusammensetzung und / oder die p-Typ - Vorrichtung zu entfernen, wobei die Zusammensetzung Mg ₂ Si Magnesiumsilizid enthält, wobei ein Teil des Magnesiums durch Barium und ein Teil des Siliciums ersetzt wird durch Blei ersetzt. Die so erhaltene Zusammensetzung ist eine Legierung oder eine feste Lösung intermetallischer Verbindungen Magnesiumsilicid, Magnesium plumbide, Barium Silicid und Barium plumbide enthält, wobei die Zusammensetzung die folgende Formel Komponenten aufweist:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x}

wobei r ,, umfasst ein oder mehrere zusätzliche Dotierungsmaterialien (1-r), (1-x) und x der Atomanteil von jedem der Elemente Barium, Magnesium, Silizium und Blei in der Legierung darstellen, bzw., und wobei die Zusammensetzung, falls erforderlich. Die Zusammensetzung und dürfen keine zusätzlichen Legierungsmaterial oder Materialien.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung biegt n-Typ und p-Typ-Vorrichtung für die direkte thermoelektrische Energiewandlung werden unter Verwendung von Dünnfilmtechnologie hergestellt, wobei die Dicke oder die Länge der Abgriffe wesentlich reduziert werden, zu einer wesentlichen Verringerung führt die Gesamtgröße, sondern auch zu einer Erhöhung der Energieumwandlungswirkungsgrad der Vorrichtung.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Thermoelemente oder Zweige, n-Typ und p-Typ innerhalb einer sehr dünnen Schicht aus einem Material beschichtet oder umgeben von einer sehr dünnen Schicht aus einem Material, das eine sehr schlechte Leiter von Wärme und Strom ist begrenzt sind, wobei die dünne Schicht oder eine Kapsel keinen Kontakt mit den heißen und kalten über~~POS=TRUNC hat, hat sehr wenig Kontakt mit der seitlichen Oberfläche jedes Thermoelements und erstreckt sich über die gesamte Länge davon, wobei der Kontakt oder die Kontakte sind sehr nah an den heißen und kalten über~~POS=TRUNC, wobei die Kapsel einen runden, im wesentlichen quadratischen oder rechteckigem Querschnitt, in denen das Material nicht reagiert sofort und über eine lange Zeit chemisch oder durch Diffusion, mit der Zusammensetzung, aus der Biegungen aufweisen, und wobei das Kapselmaterial hat eine sehr hohe chemische und mechanische Stabilität auf und zeigt eine deutliche Beständigkeit gegenüber Säuren, Korrosion und hohen Temperaturen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Dünnfilmtechnologie, integrierten Schaltungsherstellungstechnologie und in die Kapseltechnologie einzugeben sind in Kombination in der Herstellung und Montage von Geräten direkten Thermoenergieumwandlung, umfassend die Zusammensetzung verwendet.

1 ist ein Blockdiagramm einer Implementierung der Hauptkomponenten der Vorrichtung zum direkten thermoelektrische Energiewandlung; und

2 ist ein Periodensystem, die das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung hervorgehoben.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren oder eine Methode gerichtet, die eine Vorrichtung zur direkten Thermoenergieumwandlung zur Erzeugung, wodurch der Wirkungsgrad der Energieumwandlung von Hitze auf Strom im wesentlichen ansteigt, oder umgekehrt, wie in Figur 1 gezeigt. Quellen von Wärmeenergie umfassen Sonnenstrahlung, Kernelement oder Zelle, die Verbrennung von fossilen Brennstoffen, Abhitzekessel, die Abgase der Gasturbine oder Automobil- und biologischen Abfällen oder Biomasse.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Zusammensetzung und die bei der Herstellung von Vorrichtungen für die direkte thermoEnergieUmwandlung verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur direkten Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie oder umgekehrt.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zusammensetzungen zur direkten Thermoenergieumwandlung.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel oder Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur direkten Thermoenergieumwandlungs Herstellung, bestehend aus einem Wasserhahn oder der Thermosäule p-Typ-Drain oder Thermoelement vom n-Typ, eine heiße Lötstelle und einer kalten Lötstelle, umfasst die Verwendung der Zusammensetzung bei der Herstellung von Drain vom n-Typ und / oder das Entfernen der p-Typ - Vorrichtung , bei der die Zusammensetzung Magnesium - Silizid umfaßt, Mg ₂ Si, wobei ein Teil des Magnesiums durch Barium und ein Teil des Silizium ersetzt wird durch Blei ersetzt ist , wobei die so erhaltene Zusammensetzung eine Legierung oder eine feste Lösung von intermetallischen Verbindungen enthält , Silicid Magnesium, Magnesium plumbide, Barium Silicid und Barium plumbide, wobei die Zusammensetzung die folgende Formel Komponenten aufweist:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x}

worin r, (1-r), (1-x) und x der Atomanteil von jedem der Elemente Barium, Magnesium, Silizium und Blei in der Legierung darstellen, bzw., und wobei die Zusammensetzung gegebenenfalls ein oder mehrere zusätzliche Dotierungsmaterialien.

Durch die sorgfältige Auswahl der Parameter r und x in der Formel - Komponenten ist es möglich , eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit Werte zu erhalten Zusammensetzungen, sollte der Mindestwert , von denen etwa 0.002 W cm ^-1 K ^-1. Die atomare oder molekulare Verhältnis des Dotierungsmittels oder Verunreinigung und eine Konzentration von freien Ladungsträgern in der Materialzusammensetzung sollte vorzugsweise 10 ^-8 -10 im Bereich von ^-1 und 1 × ^{15-05 Oktober} × ^{20. Oktober} Träger pro Kubikzentimeter auf. Durch sorgfältige Kontrolle über die beiden Dotierungsniveau und von der Konzentration der freien Ladungsträger ist es möglich , den Wert des thermoelektrischen Leistungsfaktor S ² zu maximieren , Die zusammen mit einer minimalen Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,002 W · K ^-1 cm ^-1 vernünftigerweise zu einer verbesserten thermoGüteZahl Z auf das Niveau von etwa 10 ^{-2 K -1} unter Verwendung der Zusammensetzung führen sollte. Damit soll sichergestellt werden, dass der Wert von thermoelektrischen Generatoren Wirkungsgrad der Energieumwandlung bei etwa 43%.

Magnesium kann anstelle von einem oder mehreren anderen Elementen als Barium verwendet werden. und Silizium kann anstelle eines oder mehrere Elemente außer Blei verwendet werden. Das Ergebnis ist eine Zusammensetzung, die eine vollständige chemische Formel Komponenten. Solche zusätzlichen Elemente, insbesondere ersetzen Magnesium und / oder Silizium, in der mittleren Breite der Energiebandlücke zu einem Anstieg führen und die durchschnittlichen Schmelztemperatur, und die sich ergebende Zusammensetzung verwendet wird. Solche Erhöhungen normalerweise in der maximalen Heißstellentemperatur, zu einem entsprechenden Anstieg führen, die bei einer thermoelektrischen Energieumwandlungsvorrichtung arbeiten kann. Dies erhöht den Wirkungsgrad des Carnot-Zyklus, sondern auch die Gesamteffizienz der Energieumwandlungsvorrichtungen. Auf der anderen Seite wird die zusätzliche Substitution von Magnesium und / oder Silizium führt zu einer Verringerung oder minimalen genaue Atomverhältnisse von Barium und Blei, die sonst die absolute Mindestgitterleitung, sondern auch die gesamte Wärmeleitfähigkeit zu bringen benötigt werden würde. Demzufolge als Ergebnis der Tendenz, die thermische Leitfähigkeit der Zusammensetzung zu erhöhen, was unerwünscht ist. Je kleiner die Menge an Blei und Barium in der Zusammensetzung von Materie, desto höher ist die Wärmeleitfähigkeit. Dies wirkt sich negativ auf die Qualität des thermoelektrischen Figur, sondern auch auf die Gesamteffizienz der Energieumwandlung. Daher wurde die minimale Atomanteil jedes von Barium und Blei Elemente in allen Formeln Gesamtkomponenten auf 10% eingestellt. Dies stellt sicher, dass die Zusammensetzung der Wärmeleitfähigkeit durch vollständige Formeln bestimmt, erhöht nicht wesentlich, aber es scheint ein Vorteil die Möglichkeit, die Arbeitstemperatur der heißen Lötstelle der Erhöhung der thermoelektrischen Energie und thermoLeistungsFaktor, die zusätzliche Elemente liefern könnte, einen Teil an Magnesium zu ersetzen und / oder einen Teil der Silizium.

Zusätzliche Elemente, die teilweise zu ersetzen Magnesium und / oder Silizium, können als einfache Ersatz für einen möglichen Anstieg des thermoelektrischen Leistungsfaktor und die thermoelektrische Gütezahl oberhalb oder alternativ wie angegeben bestimmt angesehen werden, als Dotierungsmaterialien oder Mittel, die für Formulierung n-Typ oder p-Typ.

Unten finden Sie eine detaillierte Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung der Zusammensetzung Methoden metallurgischen Schmelz oder Pulvermetallurgie. Metallurgischen Schmelzverfahren unter bestimmten Bedingungen ermöglichen eher in der Form eines Einkristall-Material zu erhalten, obwohl es sehr schwierig ist, zu erreichen. In dieser Hinsicht ist ein einkristallines Material ist am besten zu erhalten, die eine Wärmeaustauschverfahren in der Technik als HEM (NTU) bekannt zu verwenden. Herstellung von einkristallinem Material ist wahrscheinlich nicht so wichtig. Zum Beispiel stellt die Herstellung von Magnesiumsilicid, Mg ₂ Si mit einer Pulvermetallurgie - Technik ein thermoelektrisches Material mit außergewöhnlichen Eigenschaften und Qualitätsindikator. Da die Zusammensetzung im wesentlichen aus Magnesium-Silizid zusammengesetzt ist, ist die Pulvermetallurgie-Technik für den Einsatz besonders geeignet und daher ist ein Verfahren am meisten für die Herstellung der Zusammensetzung zu empfehlen. Es sollte jedoch ausschließlich mit bestimmten Bedingungen, beispielsweise bei der Herstellung und bei längerem Betrieb ergebende Material wurde durch eine Pulvermetallurgie-Technik hergestellt entsprechen. Diese Bedingungen umfassen Exposition gegenüber Luftsauerstoff, jede Art zu verhindern, indem die Herstellung einer Zusammensetzung und gewährleisten dessen Betrieb unter einem absoluten Vakuum oder vorzugsweise in einer Inertgasatmosphäre, vorzugsweise umfassend Argon, bei einem vorbestimmten Druck größer als der atmosphärische oder Luftdruck. Diese Bedingungen können teilweise durch die Verwendung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfüllt werden, die gerichtet ist, das Element in der Kapsel zu öffnen.

Leistung und Effizienz der Einrichtung zur direkten thermoelektrische Energiewandlung, umfassend die Zusammensetzung kann durch die Verwendung Gradientenwerkstoffen Materialien FSM-Methode oder Technologie (FGM) verbessert werden. Eine Alternative ist eine kaskadierte oder SPM Technologie-Segment zu verwenden, wobei die Anzahl der Kaskaden, Segmente oder Stufen von drei auf vier variiert. und kann die Herstellung von integrierten Schaltungen Technologie in der Technik als IC-Technologie (IC), bei der Herstellung von Vorrichtungen für die direkte thermoelektrische Energiewandlung, umfassend die Zusammensetzung bekannt, verwenden, wobei die Vielzahl von Paaren von Thermoelement vom p-Typ und n-Typ verbunden sind, in Reihe und / oder parallel zur Erzeugung von elektrischem Strom aus jeder Stärke und Spannung, und folglich jede Macht, im Falle von Wärmekraftgeneratoren, oder jede Kühl- oder Heizleistung, im Falle von thermo Kälte- und thermo Wärmepumpen sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform oder Aspekt der vorliegenden Erfindung, n-Typ-Vorrichtung die zusätzlichen Dotierungsmaterialien zur Entfernung, wie in dem vorhergehenden ersten Ausführungsbeispiel definiert sind, umfassen ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon, Wismut, Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur, Chlor, Brom, Iod, Magnesium, Barium, Lithium, Gold, Aluminium, Indium, Eisen und / oder deren Verbindungen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform oder Aspekt dieser Erfindung werden die zusätzlichen Dotierungsstoffe für die Entfernung der p-Typ-Vorrichtung, wie in dem vorhergehenden ersten Ausführungsbeispiel definiert sind, umfassen ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Silber, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Bor, Silicium, Blei und / oder deren Verbindungen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie in den vorhergehenden drei Ausführungsformen definiert ist, r von einem Wert von 0,1 bis 0,4 variiert, variiert der Wert von (1-r) von 0,6 bis 0,9, variiert der Wert von x 0,1-0,3 und der Wert von (1-x) variiert von 0,7 bis 0,9, die atomaren oder molekularen Anteil des Dotierungsmaterial oder Materialien in der Legierung im Bereich von 10 ^-8 bis 10 ^-1 und der Wert der Konzentration an freiem Träger im Bereich von 1 × ^{Oktober 15-05} × ^{20. Oktober} Träger pro Kubikzentimeter.

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur direkten Thermoenergieumwandlungs Herstellung bestehend aus Entfernung von p-Typ oder vom Thermoelement-Drain-n-Typ oder vom Thermoelement, eine heiße Lötstelle und einer kalten Lötstelle, einer Zusammensetzung bei der Herstellung von Drain des n-Typs umfaßt die Verwendung und / oder das Entfernen der p-Typ - Vorrichtung , bei der die Zusammensetzung Magnesium - Silizid umfaßt, Mg ₂ Si, wobei ein Teil des Magnesiums durch Barium und ein Teil des Silizium ersetzt wird durch Blei ersetzt ist , wobei die Zusammensetzung so ist eine Legierung oder eine feste Lösung, intermetallische Verbindung enthaltenden Silicid Magnesium, Magnesium plumbide, Barium Silicid und Barium plumbide, wobei die Zusammensetzung die folgende Formel Komponenten aufweist:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x}

worin r, (1-r), (1-x) und x repräsentieren den Atomanteil jedes der Elemente Barium, Magnesium, Silizium und Blei in der Legierung, respectively.

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie sie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel definiert ist, r 0,1-0,4 variiert, (1-r) variiert von 0,6 bis 0,9, variiert x 0,1 bis 0,3, und (1-x) variiert 0,7-0,9.

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur direkten Thermoenergieumwandlungs Herstellung bestehend aus Entfernung von p-Typ oder vom Thermoelement-Drain-n-Typ oder vom Thermoelement, eine heiße Lötstelle und einer kalten Lötstelle, einer Zusammensetzung bei der Herstellung von Drain des n-Typs umfaßt die Verwendung und / oder das Entfernen der p-Typ - Vorrichtung , bei der die Zusammensetzung in ihrer allgemeinsten Form, Magnesium - Silizid umfaßt, Mg ₂ Si, wobei ein Teil des Magnesiums durch ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe ersetzt ist , die aus Beryllium, Calcium, Strontium und Barium, und wobei ein Teil des Siliziums durch ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Germanium, Zinn, Blei, Antimon, Wismut, Selen und Tellur, und wobei die Zusammensetzung die folgende allgemeine Formel Komponenten ersetzt:

(Be, Ca, Sr, Ba ) 2r Mg _{2 (1-r) Si1-s (Ge, Sn, Pb} , Sb, Bi, Se, Te) s

wobei die Zusammensetzung folgende spezielleren Form der obigen Komponenten der allgemeinen Formel:

Be _2u Ca _2v Sr _2w Ba _2z Mg _2(1-r) Si _1-s Ge _a Sn _b Pb _c Sb _d Bi _e Se _f Te _g

где r=u+v+w+z представляет сумму атомарных пропорций элементов, которые замещают часть магния, и где s=a+b+c+d+e+f+g представляет сумму атомарных пропорций элементов, которые замещают часть кремния, и в котором состав в случае необходимости содержит один или несколько дополнительных легирующих материалов.

В соответствии с другим вариантом выполнения или аспектом настоящего изобретения дополнительный легирующий материал или материалы для отвода n-типа устройства в выше приведенном варианте выполнения содержит один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из азота, фосфора, мышьяка, сурьмы, висмута, кислорода, серы, селена, теллура, хлора, брома, йода, магния, бария, лития, золота, алюминия, индия, железа и/или одного или нескольких соединений этих элементов.

В соответствии с другим вариантом выполнения или аспектом настоящего изобретения дополнительный легирующий материал или материалы для отвода р-типа устройства в предшествующем седьмом варианте выполнения содержит один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из меди, серебра, натрия, калия, рубидия, цезия, бора, кремния, свинца и/или одного или нескольких соединений этих элементов.

В соответствии с другим вариантом выполнения или аспектом настоящего изобретения в предыдущих трех вариантах выполнения r изменяется от 0,1 до 0,4, (1-r) изменяется от 0,6 до 0,9, каждый из коэффициентов u, v и w изменяется от 0 до 0,3, значение (u+v+w) изменяется от 0 до 0,3, величина z не меньше чем 0,1, величина s изменяется от 0,1 до 0,3, значение (1-s) изменяется от 0,7 до 0,9, каждое из значений а, b, d, e, f и g изменяется от 0 до 0,2, сумма (a+b+d+e+f+g) изменяется от 0 до 0,2, значение с не меньше чем 0,1, атомарная или молекулярная пропорция легирующего материала или материалов в сплаве изменяется от 10 ^-8 до 10 ^-1 , и концентрация свободных носителей заряда изменяется от 1×10 ¹⁵ до 5×10 ²⁰ носителей на кубический сантиметр.

В соответствии с другим вариантом выполнения или аспектом настоящего изобретения способ изготовления устройства для прямого термоэлектрического преобразования энергии, состоящего из отвода р-типа или термоэлемента, отвода n-типа или термоэлемента, горячего перехода и холодного перехода, содержит использование состава при изготовлении отвода n-типа и/или отвода р-типа устройства, в котором состав в его наиболее общей форме содержит силицид магния Mg ₂ Si, в котором часть магния заменена одним или несколькими элементами, выбранными из группы, состоящей из бериллия, кальция, стронция и бария, и в котором часть кремния заменена одним или несколькими элементами, выбранными из группы, содержащей германий, олово, свинец, сурьму, висмут, селен и теллур, и в котором состав имеет следующую общую формулу составляющих:

(Be, Ca, Sr, Ba) _2r Mg _2(1-r) Si _1-s (Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Se, Te) _s

в котором состав имеет следующую, более конкретную форму вышеуказанной общей формулы составляющих:

Be _2u Ca _2v Sr _2w Ba _2z Mg _2(1-r) Si _1-s Ge _a Sn _b Pb _c Sb _d Bi _e Se _f Te _g

wobei r = u + v + w repräsentiert + z die Summe der Atomverhältnisse der Elemente, die Teil von Magnesium zu ersetzen, und wobei s a + b + c + d = + e + f + g stellt die Summe der Atomverhältnisse der Elemente, die Teil des Siliciums zu ersetzen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in der obigen Ausführungsform variiert r 0,1 bis 0,4, (1-r) variiert von 0,6 bis 0,9, wobei jeder der Werte von u, v und w variiert von 0 bis 0,3, wobei die Summe Wert von (u + v + w) von 0 bis 0,3 variiert, z-Wert nicht kleiner als 0,1 ist, der Wert von s geändert 0,1-0,3, der Wert von (1-s) sie variiert von 0,7 bis 0,9, wobei jeder der Werte von a, b, d, e, f und g variiert von 0 bis 0,2 ist, der Wert von (a + b + d + e + f + g) liegt zwischen 0 und 0,2, und ein Wert von nicht weniger als 0,1.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform oder Aspekt dieser Erfindung werden die Thermoelemente oder Zweige, die Vorrichtung zur direkten Thermoenergieumwandlung, wie in den vorstehenden Ausführungsformen definiert, die beide vom n-Typ und p-Typ in Übereinstimmung mit der Technologie der funktional abgestuftes Material, bekannt als ein Verfahren SPM hergestellt wobei die chemische Zusammensetzung und / oder Energiebandlücke und / oder Dotierungsgrad und / oder die Konzentration der freien Ladungsträger variieren kontinuierlich von der Meßstelle an der kalten Verbindungsstelle, wobei die elektrische Leitfähigkeit entlang jedes der Thermoelemente konstant gehalten wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform oder Aspekt dieser Erfindung werden die Thermoelemente oder Zweige, die Vorrichtung zur direkten Thermoenergieumwandlung, wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel definiert ist, werden nach Herstellung der kaskadierte oder Technologie FSM segmentiert, wobei die Anzahl der Kaskaden, Segmente oder Stufen von drei auf vier variiert und wobei die chemische Zusammensetzung und / oder Energiebandlücke und / oder Dotierungsgrad und / oder die Konzentration der freien Ladungsträger bleiben konstant entlang jedes Segment oder Bühne, sondern variieren kontinuierlich von einer Stufe zur anderen, entlang jedes Thermoelement oder Zweig, wobei das Dotierungsniveau, oder ändert sich an der Vergleichsstelle auf einen höheren Wert an der Messstelle von einem niedrigeren Wert Verunreinigungskonzentration.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform oder Aspekt dieser Erfindung werden die Thermoelemente vom n-Typ und / oder p-Typ oder verbiegt Vorrichtung zur direkten Thermoenergieumwandlung, wie in den obigen Ausführungsformen definiert sind, werden hergestellt nach der Dünnschichttechnik, wobei die Dicke oder Abgrifflänge n-Typ und / oder p-Typ-Thermoelemente oder dadurch vermindert oder wesentlich reduziert, was letztlich zu einer erheblichen Verringerung oder Abnahme in der Gesamtgröße, sondern auch die Energieumwandlungswirkungsgrad der Vorrichtung zu erhöhen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform oder Aspekt dieser Erfindung werden die Thermoelemente vom n-Typ und / oder p-Typ, oder Verzweigungen, wie oben in den Ausführungsformen definiert ist, eingeschlossen innerhalb des überzogen oder durch eine sehr dünne Schicht aus einem Material umgeben, das ein sehr schlechter Leiter von sowohl Wärme und Strom, nämlich ein guter Isolator ist von Wärme und Elektrizität, wobei die dünne Schicht oder Kapsel keinen Kontakt mit den heißen und kalten über~~POS=TRUNC hat, hat sehr wenig Kontakt mit der seitlichen Oberfläche jedes Thermoelements und erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Länge derselben, wobei die Kontakt oder Kontakte sind sehr nah an den heißen und kalten über~~POS=TRUNC, wobei die Kapsel einen kreisförmigen oder im wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei das Material nicht sofort und im Laufe der Zeit chemisch oder durch Diffusion nicht reagiert, die mit der Zusammensetzung von denen aus Abgriffe n-Typ und p-Typ, wobei das Kapselmaterial eine sehr hohe chemische und mechanische Stabilität aufweist, und zeigt eine deutliche Beständigkeit gegenüber Säuren, Korrosion und hohe Temperaturen, und bei dem die dünne Schicht oder Kapselmaterial mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Carbiden, Nitriden und Berylliumoxid, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Scandium, Yttrium, Chrom, Molybdän, Wolfram, Lanthan und andere Elemente sind eine Folge von Lanthaniden zwischen Lanthan und Hafnium im Periodensystem.

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vielzahl von Abgriffen n-Typ- und p-Typ, die jeweils dem Paar oder einer Verbindung mit einer einzigen Einrichtung zur direkten Thermoenergieumwandlung umfasst, wie in den obigen Ausführungsformen definiert sind, hergestellt und zusammengebaut gemäß Herstellungstechniken integrierte Schaltkreise, die in der Technik als Technologie IP bekannt ist, in der Geräte in Reihe oder parallel oder einer Kombination von Reihen- oder Parallelschaltung zur Erzeugung von elektrischem Strom von jedem Wert in Ampere oder Leistung und Spannung, und daher jede Leistung in dem Fall von thermoelektrischen Generatoren verbunden sind, oder für jede Last Kühlung oder Heizung in dem Fall von thermoelektrischen Kühlung und thermoelektrischen Wärmepumpen bzw. die Fertigungs- und Montageprozess hierin beschrieben stellt eine wesentliche weitere Verringerung der Gesamtgröße, sondern auch in der Zukunft erhöhen, um die Gesamtenergieumwandlungswirkungsgrad oder Koeffizient Effizienz der thermoelektrischen Vorrichtungen, unabhängig von ihrer Stromerzeugungskapazität, die Heizlast oder der Kühllast.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform oder Aspekt dieser Erfindung werden alle drei Methoden, nämlich die Technik der Dünnfilmherstellung von integrierten Schaltungen Technologie und Signieren Technologie in einer Kapsel zusammen in der Konstruktion, Herstellung und Montage von Vorrichtungen zum direkten Thermoenergieumwandlung verwendet wird, wie bei den vorhergehenden drei Ausführungsformen definiert Ausführung, wobei das Verfahren oder Technologie einkapselnden oder die Konfiguration und die Kontur der Kapsel selbst kann etwas verändert oder modifiziert sein, es sowohl den Dünnfilmtechnologie anzupassen, und auf die Herstellung von integrierten Schaltkreistechnologie, die verwendet wird oder gleichzeitig in der Konstruktion und Montage angewendet thermoEnergieUmwandlungsVorrichtungen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet ein Verfahren zur Herstellung oder Herstellung einer Zusammensetzung, die in Übereinstimmung mit einem der folgenden zwei Formeln Zusammensetzung definiert ist:

oder

und in Übereinstimmung mit einem der vorstehenden Ausführungsformen umfasst vorbestimmten Mengenverhältnisse der Ausgangsmischelemente, die einen möglichst hohen Reinheitsgrad aufweisen muß unerwünschte Dotierung zu verhindern, wobei die Ausgangselemente umfassen eines der Elemente Magnesium, Silizium, Blei und Barium, entsprechend Formel (1) oben, und im Falle der Notwendigkeit, zusätzliche Dotierungsmaterial oder Materialien, oder eines oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Beryllium, Calcium, Strontium und Barium, aber auch Elemente wie Magnesium und Silicium, darstellt Verbindung Silizid Magnesium Mg ₂ Si und eine oder ausgewählt aus der Gruppe mehrere Elemente aus Germanium besteht, Zinn, Blei, Antimon, Wismut, Selen und Tellur, gemäß der Formel (2) oben, und jede zusätzliche Dotierungsmaterial oder Materialien in dem die Ausgangselemente und zusätzliche Dotierungsmaterialien, falls vorhanden, vorzugsweise in Form von Granulaten oder in Form von fein gemahlenes Pulver, und Ladestartelementen und zusätzlichen Dotierungsstoffe in den Tank, einen Empfänger, ein Boot oder ein Tiegel von geeigneter Größe und Form aus einem Material verwendet, die mit oder verunreinigen die Bestandteile der resultierenden Zusammensetzung, einer Legierung oder feste Lösung, wodurch verhindert jede unerwünschte oder unbeabsichtigte Dotierung, wobei das Material vorzugsweise nicht chemisch eine oder mehrere aus der Gruppe bestehend aus Wolfram, Rhenium, Ruthenium ausgewählten Elemente reagieren, Rhodium, Palladium, Platin, Gold, Indium, Osmium, Tantal, Hafnium, Zirkonium, Titan, Molybdän, Chrom, Vanadium und Niob, oder wobei das Material wahlweise aus mindestens einer Verbindung zusammengesetzt ist, das aus der Gruppe ausgewählt, die aus aus Carbiden, Nitriden und Berylliumoxid, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Tantal, Lanthan und anderen Elementen, eine Gruppe der Lanthaniden zwischen Lanthan und Hafnium, der Empfangseinheit, Tiegel oder Boot konzentrisch innerhalb des Verbrennungsofens enthalten ist, wobei Ofen arbeitet Technologie Erstarrungstemperatur-Gradienten, bei dem der Ofen und Technik werden allgemein als Ofen bekannt zum Züchten von Einkristallen Bridgman und Technologie der wachsenden Einkristalle Bridgman jeweils, wobei in der Standard-Version der Technologie Bridgman eine vertikale Konfiguration wie der Ofen und Boot, oder Tiegel, und wobei in den modifizierten oder nicht-Standard - Versionen der Technik eine horizontale Anordnung eines Ofens verwendet und Pumpen, in denen aus dem Innenvolumen des Ofens oder der Schale , in die eine vertikale Tiegel gegeben wird oder horizontal Boot, dann auf einen absoluten Druckwert vollständig evakuiert, vorzugsweise 10 ^{- 4} bis 10 ^-6 mm Hg, und wird dann mit einem Inertgas, vorzugsweise Helium oder Argon gefüllt, das bei einem relativen Druck von etwa 2 bis 30 physikalische Atmosphären, oder 2-30 bar, und dann hermetisch versiegelt, wodurch unterdrückt übermäßigen Verlust von Magnesium aufrechterhalten wird , aufgrund seiner hohen Flüchtigkeit relativ zu Barium Flüchtigkeit, Blei und Silizium, wie die Werte der Grundzutaten Temperaturen 1363 K, 2170 K, 2022 K und 3538 K, verbunden, während die Siliziumschmelztemperatur 1687 K, wobei siedendem ursprünglichen Elemente mit dem Legierungsmaterial ist daher auf eine Temperatur von etwa 15 ° C bis 30 ° C über der Schmelztemperatur von Silizium, das ein Bestandteil ist, den höchsten Schmelzpunkt, da der Schmelzpunkt der anderen drei Bestandteile: Magnesium, Barium und Blei sind 923 K, 1000 K und 600,6 K bzw. wobei die Ausgangselemente: Magnesium, Barium, Blei und Silizium als Dotierungsmittel und, falls vorhanden, sind vorzugsweise anfänglich auf eine Temperatur von 1700 K bis 1715 K vollständige Schmelzen von Silizium, um sicherzustellen, und dann bei der Temperatur für etwa 2-3 Stunden gehalten, ausreichend Zeit zu lassen, um die notwendigen chemischen Reaktionen vorbei, nämlich die Reaktion zwischen Magnesium und jedes der Elemente Silizium und Blei sowie zwischen Barium und jedes von Silicium und Elemente führen, sondern auch für eine gründliche Mischen der so erhaltenen Verbindungen und die Bildung einer homogenen Legierung oder feste Lösung, die keine chemische Reaktion sein sollte, oder die nicht irgendwelche chemischen Reaktionen direkt zwischen Magnesium und Barium oder zwischen Silizium und Blei zu unterziehen soll, wobei die Differenz Elektronegativitätswerte zwischen Magnesium und Barium ist 0,42, während der Wert der Differenz der Elektronegativität zwischen Silizium und Blei 0,43 ist, wobei die Elektronegativitätsdifferenz zwischen Magnesium und jedes der Elemente Silizium und Blei 0,59 und 1,02 bzw. ist, während die Elektronegativitätsdifferenz zwischen Barium und jeder von Silicium und Blei 1,01 und 1,44 jeweils, in denen die ersten zwei Werte von Elektronegativität Unterschiede, nämlich 0,42 und 0,43 sind viel kleiner als die letzteren vier, nämlich 0, 59, 1,02, 1,01 und 1,44, wobei dieser Zustand den Durchtritt von chemischen Reaktionen oder die Bildung von chemischen Verbindungen direkt zwischen Magnesium und Barium verhindert, sondern auch zwischen dem Silizium und Blei, wobei dieser Zustand die andere ermöglicht seits~~POS=HEADCOMP durchlaufen chemische Reaktionen mit der anschließenden Bildung von chemischen Verbindungen von Magnesium und jedes der Elemente Silizium und Blei sowie zwischen Barium und jedes der Elemente Silizium und Blei, wobei die obigen Ergebnisse und kann vollständig unabhängig voneinander durchgeführt werden, basierend auf der elektronischen Struktur der obigen Elemente, wie in dem Periodensystem angedeutet, die in 2 gezeigt ist, wobei die Zusammensetzung, nämlich Magnesiumsilizid plumbide Legierung oder feste Lösung aus Barium mit der Anwesenheit von Dotierungsmitteln oder ohne nach der Belichtung für 2-3 Stunden, vorzugsweise bei Temperaturen von 1700K bis 1715 K, und dann langsam auf Raumtemperatur abgekühlt, wo die Ofentemperatur zuerst von vorzugsweise 1700 K bis 1715 K für einen Zeitraum von vorzugsweise 12 bis 24 Stunden reduziert werden, solange die heißesten Teil des Stiefels oder Bestandteile in dem Tiegel oder Boot unterhalb der Übergangstemperatur in den festen Zustand der erhaltenen spezifischen Legierungszusammensetzung eine Temperatur etwa 5 ° C haben, wobei die Geschwindigkeit des Übergangs in einen festen Zustand, wobei die Schnittstelle isothermen Fest-Flüssig-Grenzfläche bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 1-5 mm pro Stunde, bieten sollte zufriedenstellende Ergebnisse, wobei speziell die Fähigkeit, einen linearen Temperaturgradienten entlang der Länge des Tiegels zu erhalten und die Schnittstelle zwischen dem Fest-Flüssig-Material mit einer konkaven in die flüssige Phase Form in dem Kristallwachstumsprozess, im allgemeinen zu erhalten, bietet ein Einkristall-Legierungen, relativ geringe Verletzung mit einer regulären Kristallstruktur und einer verringerten Gehalt an Unregelmäßigkeiten des Materials, wie beispielsweise mikroskopische Risse und unebene Kristallwachstum aufweisen.

jedoch möglich Herstellung einer festen Lösung Einkristall oder der Legierung, insbesondere mit der Verwendung eines Materials, bestehend aus vier Elementen mit einem solchen stark unterschiedlichen Werte des Atomgewichts des Atomradius, Dichte, spezifische Wärme und thermische Leitfähigkeit der Leitfähigkeitswerte in diesem Fall. Wahrscheinlich als Ergebnis bzw. Folge der Unterschiede der atomaren und physikalischen Eigenschaften wird polykristallinen Materials erhalten. Mit dem obigen Verfahren der Herstellung und des Kristallwachstums kann praktisch nur polykristallines Material erhalten werden, mit mehreren Körner ausreichend groß ist. Wahrscheinlich aus einer Einkristall-Legierung oder eine feste Lösung aus Barium-Magnesium-Silizid plumbide durch eine der beiden folgenden Formeln definiert Komponenten erhalten werden:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x}

oder

_Seien Sie _{2u Ca 2V Sr 2W Ba 2Z} Mg _{2 (1-r) Si1-s Ge a Sn b Pb c} Sb d Bi e Se f Te g

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Herstellungsverfahren, oder Herstellung einer Zusammensetzung, wie oben in den ersten elf Ausführungsformen definiert ist, umfassend das Mischen von vorbestimmten Mengenverhältnisse der Ausgangselemente, die den höchstmöglichen Reinheitsgrad unerwünschte Dotierung zu verhindern müssen, wobei das Ausgangs Bestandteile enthalten, eines der Elemente Magnesium, Silizium, Blei und Barium, ein Teil der definierten chemischen Formel:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x}

a und zusätzliche Dotierungsmaterial oder Materialien, falls erforderlich oder falls gewünscht, oder Elemente, wie Magnesium und Silizium enthält, um die Verbindung Magnesiumsilizid bildet, Mg ₂ Si und ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe , bestehend aus Beryllium, ausgewählt Calcium, Strontium, und Barium, ein Teil von Magnesium zu ersetzen, und eines oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Germanium, Zinn, Blei, Antimon, Wismut, Selen und Tellur, Ersatz eines Teils des Siliziums, und die anderen Komponenten der Zusammensetzung durch die folgende chemische Formel:

_Seien Sie _{2u Ca 2V Sr 2W Ba 2Z} Mg _{2 (1-r) Si1-s Ge a Sn b Pb c} Sb d Bi e Se f Te g

und jede zusätzliche Dotierungsmaterial oder Materialien, wobei die Ausgangselemente und zusätzliche Dotierungsmaterialien, falls vorhanden, vorzugsweise in Form von Granulaten oder in Form von fein gemahlenes Pulver verwendet wird, und Laden von Startelementen und zusätzlichen Dotierungsstoffe in dem Behälter oder Tiegel geeignete Größe und Form und Herstellung eines Materials, das chemisch nicht mit den Komponenten des resultierenden Stoffes, einer Legierung oder feste Lösung oder verunreinigen sie reagieren werden, um dadurch unerwünschte oder unbeabsichtigte Dotierung zu verhindern, wobei das Material vorzugsweise aus einem oder mehreren Elementen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wolfram, Rhenium , Ruthenium, Rhodium, Palladium, Platin, Gold, Iridium, Osmium, Tantal, Hafnium, Zirkonium, Titan, Molybdän, Chrom, Vanadium und Niob, oder wobei das Material umfasst alternativ bevorzugt mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe der Carbide, Nitride und Berylliumoxid, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Tantal, Lanthan und der Rest der Komponenten enthält ein Element aus der Gruppe der Lanthaniden, zwischen Lanthan und Hafnium besteht, wobei der Tiegel mit Zutaten hinein geladen ist , wird von 10 ^{-4 bis} 10 ^-6 mm Hg auf einen absoluten Druck von bevorzugt evakuiert und wird dann mit einem Inertgas, vorzugsweise Argon oder Helium, zu einem relativen Druck von etwa 2 bis 30 Atmosphären gefüllt physikalischen oder 2-30 bar, und schließlich abgedichtet, wobei der Tiegel dann in einer horizontalen oder vertikalen Ofens und erhitzt zum beeinflussen Komponenten-Zusammensetzung darin enthalten ist, eine Temperatur über der Schmelztemperatur von Silizium, das 1687 ist, K angeordnet konzentrisch, wobei das geschmolzene Bestandteile solche Temperatur Weise, vorzugsweise für einen Zeitraum von etwa 15-30 Minuten von 1700 K bis 1735 K gehalten vollständige Schmelzen von Silizium zu gewährleisten und damit die Bildung von Mg ₂ Si - Verbindung, in der die Schmelztemperatur dann reduziert wird allmählich über die nächsten 20-30 Minuten vor ein Niveau von ca. 1500 K und auf diesem Niveau für einen Zeitraum von mindestens 20 Minuten gehalten, in dem die konstituierenden Zusammensetzung wird dann in einem vollständig geschmolzenen Zustand für eine ausreichend lange Zeit gehalten, um die Bildung intermetallischer Verbindungen zu gewährleisten, und eine Mischung davon mit einer gleichförmigen Zusammensetzung zu erhalten, wobei die Periode dh der Zeitraum Rühren bezeichnet werden kann, in der Regel für mindestens eine Stunde dauert, wobei während der Inhalt des Tiegels in einem flüssigen Zustand ist, um es zu intensiven Rühren unterzogen wird, um gründlich die Komponenten mischen, in einer homogenen Legierung führt, wobei das mischen von Tiegel wird durch abwechselndes Anheben des Tiegels mit einer Zange durchgeführt wird, Schütteln und bringt sie zurück in den Ofen, in dem sowohl der Ofen Schaukeltyp zum Mischen des Inhalts des Tiegels zu verwenden, bei dem, nachdem die resultierende Zusammensetzung das Mischen mit einer Rate von etwa 2 ° C abgekühlt wird, bis 20 ° C pro Stunde, bei der die Abkühlungsgeschwindigkeit gegeben gehalten, bis die bis zum Erreichen der Umgebungstemperatur, die sich von diesem Punkt ausgehend auf eine Temperatur von etwa 400 ° C und weiterhin kann alternativ Abkühlen werden, kann die Kühlrate erhöht werden der Pegel beträgt vorzugsweise 50 ° C bis 100 ° C pro Stunde, die schließlich aus dem Tiegel so erhaltene Verbindung oder Legierung entfernt, üblicherweise ein polykristallines Material darstellt, die bei der Herstellung von thermoelektrischen Energieumwandlungsvorrichtungen verwendet werden können.

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzung oder der Zubereitung Herstellung wie in den obigen ersten elf Ausführungsformen definiert sind, getrennt umfaßt jede der intermetallischen Verbindungen in Übereinstimmung mit irgendeiner der Komponenten der folgenden beiden Formeln Empfangen:

oder

durch Rühren und Erhitzen vorbestimmte stöchiometrische Mengen ihrer Bestandteile auf eine Temperatur von etwa 50 ° C höher als der Schmelzpunkt der entsprechenden Verbindungen, in denen die Verbindungen durch Erhitzen von Mg und Si, Mg und Pb, Ba und Si und Ba und Pb an die geeigneten Temperaturen hergestellt werden, falls gewünscht Bestandteile Formel eine Formel № (1) ist, in der die gleichen oder andere Kombinationen von Elementen erforderlich sein, wenn zuzubereitende die Zusammensetzung mit der Formel № (2) entsprechend erhalten werden, wobei für die Mg ₂ Si und BaSi ₂ erfordert Verwendungstemperatur deutlich größer als die Schmelzverbindungstemperatur erhitzt vollständigen Schmelzen des Siliciums zu gewährleisten, wobei die verbleibenden Stufen Belichtung der geschmolzenen Bestandteile umfassen, für etwa eine Stunde bei den entsprechenden Temperaturen, vorzugsweise unter intensivem Rühren und unter einer Argon-Atmosphäre mit einem relativen Druck von vorzugsweise etwa 2 bis 30 physikalische Atmosphären, oder 2-30 bar, und dann wird eine sehr allmähliche Abkühlung der resultierenden Verbindungen auf Umgebungstemperatur, wobei die resultierenden Verbindungen werden dann in den erforderlichen Anteilen miteinander gemischt, vorzugsweise, nach der Granulierung oder Sprühen und dann in einen Tiegel und geeigneten Abmessungen aufgeladen Formen, die, wenn notwendig, eine entsprechende Menge des gewünschten Dotierungsmaterial oder Agens unter Rühren intermetallischer Verbindungen verabreicht werden, in denen ein Teil oder alle Dotierstoffe oder Mittel vorzugsweise während des Schmelzens zugegeben wird, wobei der Tiegel, mit den Zutaten darin enthalten sind, wird dann evakuiert vorzugsweise Absolutdruck von 10 ^{-4 bis} 10 ^-6 mm Hg, wobei der Tiegel dann auf einen geeigneten Druck gefüllt ist, vorzugsweise auf einen relativen Druck von 2 bis 30 bar oder 0,2 bis 3 MPa oder ungefähr 2-30 physikalische Atmosphäre ein Inertgas wie Helium oder Argon, bevorzugt Argon, und schließlich hermetisch abgedichtet ist, wobei der Tiegel konzentrisch ist dann höher als der Schmelzverbindungstemperatur, um ein paar Grad in einer horizontalen oder vertikalen Ofens und auf eine Temperatur gebracht, die den höchsten Schmelzpunkt aufweist, unter den Komponentenverbindungen, um ein vollständiges Schmelzen aller Zutaten zu gewährleisten, wobei, während die Bestandteile der Zusammensetzung im geschmolzenen Zustand sind, werden sie zu intensive Vermischung unter Verwendung jedes der Verfahren in der vorangehenden Ausführungsform beschrieben ist, unterworfen werden, wobei der Gehalt des Tiegels so an der entsprechenden gehalten wird Temperatur für etwa eine Stunde, in einer homogenen Legierung führt, oder eine feste Lösung, wobei die Zusammensetzung oder der Legierung, wird dann mit einer Rate von etwa 2 ° C bis 20 ° C pro Stunde abgekühlt wird, in dem die gegebenen Abkühlungsgeschwindigkeit so lange gehalten wird, wie Umgebungstemperatur erreicht wird, bei dem als die Abkühlgeschwindigkeit Alternativen solange aufrechterhalten werden kann, bis die Temperatur etwa 400 ° C erreicht, und ab diesem Punkt die Abkühlrate vorzugsweise 50 ° C bis 100 ° erhöht werden kann C pro Stunde, wodurch die resultierende Zusammensetzung oder Legierung schließlich aus dem Tiegel entfernt.

Oder Legierungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden zwei Ausführungsformen erhalten wird, ist in der Regel homogen und polykristallin. Typischerweise ein solches Material weist eine hohe innere Druckniveaus und eine große Anzahl von Versetzungen. Zur Beseitigung oder das Niveau der inneren Spannungen zu reduzieren in der Materiallegierung seine Komponenten erhalten werden vorzugsweise vorgelegt und geschmolzen in einer weichen Form, die aus einer sehr dünnen, leicht verformbaren Blech oder eine Folie aus Platin, statt sie in harten Tiegel herunterzuladen. Diese Form wird verformt und geschmolzener Bestandteile expandieren während des Abkühlens, ohne in das Material zur Ausbildung von inneren Spannungen führt. Bereitzustellen, kann zusätzliche Festigkeit oder Form des Behälters hergestellt werden robusteren äußeren Tiegel aus Graphit, rostfreiem Stahl oder einem beliebigen geeigneten feuerfesten Material. Bevor jedoch für die Herstellung von thermoelektrischen Energieumwandlungsvorrichtungen oder Legierungszusammensetzung verwendet werden kann, um Einkristall-Material oder einem Material aus einem Einkristall besteht umgewandelt werden. Herstellung einer solchen Legierung oder das Material kann mit mehreren Methoden erreicht werden. Ein solches Verfahren ist ein Wärmegradient Erstarrungstechnologie und in der Technik als das Bridgman-Verfahren bekannt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Einkristall oder Einkristall-Legierung oder eine feste Lösung aus Barium-Magnesium-Silizid plumbide, Komponenten der Formel:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x}

Es kann durch Laden des polykristallinen Materials, hergestellt nach einem der drei vorhergehenden Ausführungsformen in einem offenen länglichen horizontalen Tiegel hergestellt werden, in der Regel das Boot, von geeigneter Größe und Form genannt wird, wobei das Boot von einer Bodenwand besteht, die als ein integraler Bestandteil eines Paares übergeht Seitenwände und ein Paar von quer verlaufenden Wänden, wobei das Boot oder Behälter Kristallisieren wird dann in geeigneter Weise innerhalb der Ampulle positioniert , von dem die Luft auf einen absoluten Druck von 10 ^-4 bis 10 ^-6 mm Hg evakuiert wird, wobei die Ampulle wird dann zu einem relativen Druck vorzugsweise gefüllten von etwa 2-30 Atmosphären physikalischen oder 0,2 bis 3 MPa, mit einem Inertgas, vorzugsweise Argon, und schließlich hermetisch abgedichtet ist, wobei die horizontale Tiegel oder ein Boot, vorzugsweise aus einem Material, bestehend aus mindestens einer Verbindung hergestellt wird, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Carbiden, Nitriden und Oxiden von Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Titan, Zirkonium, Wolfram, Hafnium, Tantal, Lanthan und den anderen in der Gruppe enthaltenen Elemente der Lanthaniden zwischen Lanthan und Hafnium, oder wobei die horizontale ein Boot oder ein Tiegel ist vorzugsweise aus einem Material aus einem oder mehreren Elementen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wolfram, Rhenium, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Platin, Gold, Indium, Osmium, Tantal, Hafnium, Zirkonium, Titan, Molybdän, Chrom zusammengesetzt ist aus Vanadium und Niob, wobei die Phiole kann aus rostfreiem Stahl oder alternativ ein oder mehrere der oben genannten feuerfesten Verbindungen hergestellt werden, wobei die Ampulle montiert konzentrisch innerhalb einer rohrförmigen wärmeleitenden Hülse mit einem offenen Ende, das am Ende des Wärmeerfassung durch einen entfernbaren Wärmeisolations geschlossen ist Rohr, wobei die Hülse aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als das Material des Bootes und dessen Inhalt aufweist, wobei eine rohrförmige wärmeisolierende Hülse konzentrisch um ihn herum montiert ist, so dass er entlang der wärmeleitenden Hülsenachse verläuft, in der die Anordnung dann in einem Ofen platziert ein Heizelement umfasst, entworfen, um eine lineare Temperaturdifferenz zwischen den beiden Enden des Ofens zu erzeugen, wobei der Ofen dann bis zum kältesten Ingot hintern erwärmt wird erreicht die minimale Temperatur der Liquidus-Temperatur, in der bestimmte vorbereitet Legierungszusammensetzung eine Mindesttemperatur des Ofens Unterstützung für mindestens eine Stunde vollständige Schmelze Inhalt des Tiegels zu gewährleisten, wobei die Temperatur des Ofens dann, bevor sie über einen Zeitraum von 12 bis 24 Stunden reduziert wird, bis der heißeste Teil der Ladung in dem Boot eine Temperatur von etwa 5 haben ° C unterhalb der Solidustemperatur der jeweiligen Legierung Zusammensetzung erhalten, in dem die Erstarrungsgeschwindigkeit, bei der die isotherme Fläche des Fest-Flüssig-Trenn wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 1-5 mm pro Stunde bewegt wurde als geben zufriedenstellende Ergebnisse identifiziert.

Knotenvorrichtung, in der obigen Ausführungsform beschrieben ist, weist eine wärmeisolierende Hülse, eine wärmeleitende Hülse, ein horizontales Boot, eine Ampulle und ein speziell entwickeltes Heizelement, das in der Tat ermöglicht, eine lineare Temperaturgradienten entlang der Länge des Tiegels zu halten und die gekrümmte Oberfläche der Fest-Flüssig-Grenzfläche zu erhalten, das gesetzt wird, konkav in die flüssige Phase während des Kristallwachstums. Die oben genannten Bedingungen in der Regel erhalten aus einem Einkristall-Legierung eine relativ geringe Menge an Kristallversetzungen und Unregelmäßigkeiten reduzierte Menge an Material, beispielsweise Mikrorisse und nicht-einheitlichen Kristallwachstum aufweisen.

Weiterhin sollte verstanden werden, dass die obigen Schritte, umfassend das Mischen, Erhitzen und Umsetzen der Bestandteile der Zusammensetzung oder Legierung, und seine Herstellung und mono- oder polykristalline Struktur sequentiell in einer einzigen Vorrichtung durchgeführt werden, wie beispielsweise thermische Härtungsvorrichtung Gradient oben beschrieben. In diesem Fall sollte für längere Zeiträume angewendet werden, eine ausreichende Belichtungszeit, um sicherzustellen, erforderlich, um die chemischen Reaktionen zwischen den einzelnen Elementen zu vervollständigen, und um eine gleichförmige Feststofflösung zu erhalten, oder der Legierung. Die Mischung wird vorzugsweise vor dem Erhitzen Magnesiumüberschuß eingeführt, um die Menge von mehr als für eine stöchiometrische Überschußverlust Kompensation erforderlich für die Verdampfung des Elements, aufgrund seiner hohen Flüchtigkeit relativ zu ihrem Wert bei den anderen drei Elemente: Silizium, Blei und Barium. Überschüssige Menge an Magnesium hinzugefügt wird so eingestellt, wie es in einer stöchiometrischen Zusammensetzung oder der Legierung führt.

Magnesium weist eine hohe Flüchtigkeit aufgrund der Tatsache, daß die Siliciumschmelztemperatur 1687K ist, während der Siedepunkt der oben genannten vier Elemente, nämlich Magnesium, Silizium, Blei und Barium, ist 1363 K, 3538 K, 2022 K und 2170 K, respectively. Da Silizium mit dem höchsten Schmelzpunkt aller vier Elemente aufweist, nämlich 1687 K, und da diese Temperatur etwa 300 K höher liegt als der Siedepunkt von Magnesium, wie eine Temperaturdifferenz bewirkt, dass die hohe Flüchtigkeit dieses Elements.

Die resultierende Zusammensetzung oder Legierung kann schließlich einer Behandlung unterzogen werden, vorzugsweise einem der Verfahren im Stand der Technik bekannt sind als Zonenreinigung und Zonenschmelzen. Dieser letzte Schritt, oder ein Verfahren in Verbindung mit kräftigem Rühren der geschmolzenen Bestandteilen während der Herstellung der festen Lösung bietet eine ausreichend homogene Legierung.

Der Reinheitsgrad der Ausgangs Elemente verwendet zum Erhalten einer solchen Zusammensetzung oder eine feste Lösung, nämlich Magnesium, Silizium, Blei und Barium, in Gewichtsprozenten ausgedrückt, ist bevorzugt, für jede der Komponenten höher als 99.999 sein. Niveau reinem Silizium, Blei und Barium sollte vorzugsweise wesentlich höher als die letzten Ziffern.

Oder Legierungszusammensetzung und kann unter Verwendung des Verfahrens Wärmetauscher erhalten oder hergestellt werden, die in der Technik als HEM bekannt ist. Obwohl die HEM breite kommerzielle Verbreitung gewonnen noch nicht hat, verspricht ihre Anwendung eine deutliche Reduzierung der Kosten für die Produktion Full-Scale. HEM ist eine gerichtete Erstarrung Technik, die für den Anbau von großen Schmelze von Silizium-Ingots mit quadratischem Querschnitt verwendet wird.

Der SRT-Technologie Ofen zum Züchten des Materials in einer reduzierenden Atmosphäre oder in einem neutralen Gas verwendet wird. Der Ofen besteht aus einer Graphitwärmezone, verstärkte Graphitisolationsschichten. Diese Anordnung wird in einem vakuumdichten wassergekühlten Edelstahlkammer gegeben. Wärme wird über Reihengraphitwiderstandsheizung zugeführt, die mit einer geeigneten dreiphasigen Stromversorgung erregt wird. Die Hochtemperatur-Wärmetauscher durch den Boden der Kammer und der Wärmezone angeordnet. Dieser Wärmetauscher ist ein Rohr mit einem geschlossenen Ende Rohr mit Injektions Zufuhr von Heliumgas als Kühlmittel. Ofentyp SRT keine beweglichen Teile, die die erforderliche Anzahl von Dichtungen minimiert. Weiterhin wird die Fest-Flüssig-Grenzfläche unter dem geschmolzenen Material angeordnet, so dass nur ein kleines Sichtfenster im oberen Teil des Ofens angeordnet. Andere Fenster in den Ofen für das Pumpen von Luft verwendet und die Kontrollmessung Pyrometer einzustellen. Diese Eigenschaften ermöglichen es Ihnen, eine gut isolierte Heizzone zu bauen.

Control-Tools sind mit Standard-Zweikanal-Mikroprozessor verbunden, die leicht für die Zu- und Abfuhr von Wärme programmiert werden können.

Die Heizzone ist so ausgelegt, dass, wenn keine Strömung durch den Kühlmittelwärmetauscher in dem Ofen keine signifikanten Gradienten bilden kann. Dies wird durch die thermische Symmetrie, mehrschichtige Isolierung um die Heizzone und minimieren Sie das Fenster der Beobachtung erreicht. Einige natürlich vorkommende Temperaturgradienten gebildet werden, beispielsweise an den Kanten des Heizelementes. Die Temperatur an der Tiegelwand in den Ofen SRT annähernd konstant ist. Diese Funktion unterscheidet die HEM von der Temperatur des Gradienten Erstarrungstechnologie.

Verfahren zum Wärmeaustausch SRT wurde für den Anbau von großen, hochwertigen Kristallen entwickelt. Ein Impfkristall wird am Boden des Tiegels angeordnet, der auf dem Wärmetauscher montiert ist. Das Einsatzmaterial oder Ladungs ​​die grundlegenden Bestandteile der Zusammensetzung hergestellt, nämlich Magnesium, Silizium, Blei und Barium, enthält, wird dann in den Tiegel auf einem Impfkristall geladen. Nach dem Evakuieren wird das Ofengehäuse mit einem inerten Gas gefüllt, vorzugsweise Argon, bis zu einem relativen Druck von vorzugsweise 2-30 physikalische Atmosphären, den übermäßigen Verlust von Magnesium zu unterdrücken, die aufgrund ihrer hohen Flüchtigkeit, verglichen mit dem Wert der Flüchtigkeit der anderen drei Komponenten auftreten können. Dann wird Wärme unter Verwendung eines Graphitheizer angelegt und die Last aufgeschmolzen wird. Impfen der Schmelze wird durch Zuführen eines minimalen Strömungs von Heliumgas durch den Wärmeaustauscher verhindert. Nach der Bildung der Schmelze, um die Keimkristallwachstum fortschreitet, indem der Heliumstrom zunimmt, wodurch die Wärmetauschertemperatur abnimmt.

Im wesentlichen umfaßt dieses Verfahren die gerichtete Erstarrung aus der Schmelze, wobei der Temperaturgradient in dem Feststoff durch den Wärmetauscher und der Gradient in der Flüssigkeit wird durch die Ofentemperatur kontrolliert gesteuert wird. Nach Beendigung der Aushärtung Gasströmung durch den Wärmetauscher reduziert werden, um die Temperatur während des Kristalls zu entzerren, während des Temperns und Kühlung.

Diese Technik ist insofern einzigartig, als es bietet die Möglichkeit, den Fluid Temperaturgradienten zu steuern, unabhängig von der festen Steigung, ohne den Tiegel, Wärmezone oder Barren bewegt. Das wichtigste Merkmal ist die untergetauchten Oberfläche, die durch die umgebende Flüssigkeit stabilisiert wird. Es wird von Hot Spots, mechanische Schwingungen und Konvektionsströme geschützt. Folglich wird die thermische Symmetrie bereitzustellen nicht erforderlich, die Drehung des Tiegels anzuwenden.

einen Kristall mit einer Unterwasseroberfläche wächst macht idealerweise HEM zum Schmelzen von Silizium mit geringer Reinheit geeignet, in denen eine große Menge der zweiten Phase Verunreinigungen wie Karbide und Oxide, neigen dazu, an die Oberfläche der Schmelze schwimmen aus der Grenzfläche des Kristallwachstums kommen. Die Schmelze dient als Puffer und schützt den untergetauchten Abschnitt der Oberfläche fest-flüssig im größten Teil des Wachstumszyklus. Daher SRT Verfahren minimiert Temperaturschwankungen und die Konzentration an der Grenzfläche aufgrund der umgebenden Flüssigkeit. Während des Wachstums des kälteren Material ist an der Unterseite und der heißeren melt - an der Spitze. Dies minimiert die Konvektion und damit das Wachstum tritt unter Temperaturgradienten zu stabilisieren. Minimierung der Konzentration und Temperaturschwankungen gleichzeitig mit Temperaturgradienten zu stabilisieren, zu minimieren redundante Kühlkomponenten und liefern ein gleichmäßiges Wachstum des Kristalls. Dies führt zu einem Kristall mit einem hohen Grad der Perfektion seiner chemischen Formen und Homogenität. Diese bemerkenswerte Eigenschaft wird durch SRT Verfahren außergewöhnliche Fähigkeit zu wachsen im Wesentlichen einkristallinen Ingots in einem Verfestigungsschritt vorgesehen unter Verwendung als Ausgangsmaterial für die Schmelze im Handel metallurgischem Silizium geliefert.

Als Barren Wachstumsoberfläche erhöht die Partitionsgröße. Deshalb wird, wenn Barren größere Größe unter Verwendung eine höhere Wachstumsrate. Wenn der Abstand von der Grenzfläche der Wärmetauscher zunimmt, lineare Bewegung der Grenzfläche verlangsamt. Jedoch Volumenwachstumsrate weiterhin auf Grund der Zunahme der Größe der Grenzfläche zu erhöhen. Diese Eigenschaft ist wichtig, wenn das Rohmaterial mit einem niedrigen Niveau an Reinheit schmelzen, gerichtet erstarrten SRT-Methode. Mit fortgesetztes Wachstum der Verunreinigungen in der Flüssigkeit durch die Trennwirkung verschoben wird. Allerdings ist seine Wirkung aufgrund der zunehmenden Größe der Grenzfläche minimiert. Da mehr und mehr Verunreinigungen in der Flüssigkeit verdrängt wird, unterdrückt lineares Wachstum verlangsamt übermäßigen Kühlung der Komponenten.

In HEM wird die Stabilität des Tauch Fest-Flüssig-Grenzfläche, wobei die Schnittstelle durch die Tatsache, daß dann, wenn Partikel an der Grenzfläche eingefangen werden weiter um die Teilchen zu wachsen, ohne die Struktur zu brechen. Das Fehlen von hohen lokalen Gradienten an der Grenzfläche stellt die Schnittstelle bevorzugte Wachstum im Vergleich zum Wachstum des Teilchens. Dieses Phänomen ist entgegengesetzt zu dem Czochralski-Verfahren, wobei solche Anfalls parasitäre Keimbildung führt und somit zu dem polykristallinen Wachstum.

Gesteuerte Wärmetauscher HEM ermöglicht eine präzise Kontrolle der Temperatur und des Temperaturgradienten am Boden des Tiegels. Solche genaue Steuerung über die Schnittstelle und liefert eine hohe Wachstumsrate bei niedrigen Temperaturgradienten. Dies reduziert die Spannungen während Verfestigung induziert, die zur Bildung von Defekten führen. Weiterhin wird nach Beendigung des Wachstums in situ Tempern des Rohlings durchgeführt werden kann, wenn der Block nicht aus der Heizzone während der Erstarrung abgezogen. Dies wird durch Reduzieren der Ofentemperatur auf ein Niveau etwas unterhalb der Erstarrungstemperatur erreicht wird, und dann den Heliumstrom reduziert wird. Als Ergebnis kann die Temperatur des gesamten Barrens gleichmäßig Barrens und dann abgekühlt mit einer kontrollierten Geschwindigkeit verbessert werden. Dies verringert die innere Spannung und vermeidet kostspielige separaten Temperschritt. Dieses Glühen und kontrollierte Abkühlung zu verhindern aufgrund eines thermischen Schocks Rißbildung und erzeugt somit große Barren.

Das Verfahren der Wärmetauscher oder der SRT kann für den Anbau oder die Herstellung der Zusammensetzung verwendet werden, die durch die Hauptkomponenten der chemischen Formel definiert ist:

oder mehr Komponenten der allgemeinen chemischen Formel:

in Form von Einkristall und polykristallinen Materials in Form. Wenn ein solches Verfahren verwendet, ist nicht erforderlich, die Schwingung oder Rühren der geschmolzenen Bestandteile in dem Tiegel anzulegen. und keine Notwendigkeit zu verwenden Temperaturgradienten zu bewegen. Sie sollten jedoch große Aufmerksamkeit auf folgende Punkte achten.

(1) Es ist notwendig, um sicherzustellen, dass die Hauptbestandteile der Zusammensetzung im Inneren des Tiegelschmelze, hergestellt nach einem der obigen beiden Formeln Komponenten erfolgte in einer Inertgasatmosphäre, vorzugsweise aus Helium oder Argon. Dies verhindert den übermäßigen Verlust von Magnesium, die im Vergleich mit den anderen drei Komponenten aufgrund seiner hohen Flüchtigkeit auftreten kann, wenn die Zusammensetzung in Übereinstimmung mit der Formel (1) Komponenten, die oben und verhindert einen übermäßigen Verlust von Magnesium, Selen, Tellur und in geringerem Ausmaß, Strontium, die wie oben aus den gleichen Gründen auftreten kann, wenn die Zusammensetzung in Übereinstimmung mit der obigen Formel (2), indem die Komponenten des Atmosphärengases bei einem relativen Druck gehalten wird, vorzugsweise 2 bis 30 bar, oder von 0,2 bis 3 MPa, wobei der Tiegel , bevor es mit Inertgas vorläufig evakuiert auf einen absoluten Druckpegel Füllung vorzugsweise 10 ^{-4 bis} 10 ^-6 mm Hg ist.

(2) Der Tiegel verwendet, um die grundlegenden Bestandteile der Zusammensetzung Schmelzen sollte aus einem Material bestehen, das nicht die Zutaten nicht verunreinigt und chemisch reagiert nicht mit ihnen. Folglich sollte es ein Material gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben offenbart aufweisen. Zum Beispiel kann ein Tiegel werden aus Quarz oder Graphit sollte vollständig ausgeschlossen. Sie absolut und darf nicht für die Zubereitung oder Zusammensetzung in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung oben beschrieben verwendet werden. Die Zusammensetzung kann unter Verwendung von Pulvermetallurgie-Technologie hergestellt oder produziert werden. Letzteres hat einen entscheidenden Vorteil gegenüber dem Verfahren des metallurgischen Schmelz in der Tatsache besteht, daß dadurch vermieden oder übermäßigen Verlust von Magnesium eliminiert und gegebenenfalls Selen, Tellur und Strontium, in dem Fall, in dem eine oder mehrere der letzten drei Elemente eingeführt werden müssen teilweise aufgrund der relativ hohen Flüchtigkeit und hohem Dampfdruck, die anschließend schwierig, ein ideales stöchiometrisches Verhältnis von den Verbindungen und festen Lösungen zu erhalten. Ein weiterer Vorteil der pulvermetallurgischen Verfahren im Vergleich zu einem metallurgischen Schmelztechnik ist, dass der Verlust der Gleichförmigkeit der resultierenden Legierung in diesem Verfahren verhindert wird, wenn die Legierungselemente mit sehr unterschiedlichen Atomgewicht oder Dichte enthält. Technologie oder metallurgischen Schmelzverfahren unter solchen Bedingungen erfordert einen starken Vibrationen oder Rühren der geschmolzenen Bestandteile vollständige Homogenität der resultierenden festen Lösung zu gewährleisten. Bei Verwendung eines Pulvermetallurgie-Technik zum Züchten oder Zusammensetzung, wie in Übereinstimmung mit den Grundkomponenten der Formel:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x}

oder mehr Komponenten der allgemeinen chemischen Formel:

_Seien Sie _{2u Ca 2V Sr 2W Ba 2Z} Mg _{2 (1-r) Si1-s Ge a Sn b Pb c} Sb d Bi e Se f Te g

Es kann eine der folgenden alternativen Verfahren beschlossen oder durchgeführt werden:

(1) Die Grundbestandteile, nämlich die Elemente, werden gemischt und zusammengeschmolzen. Die resultierende feste Lösung oder eine Legierung, wird dann zerkleinert und pulverisiert, die normalerweise in einer Planetenkugelmühle. Das resultierende Pulver wird dann heiß einen heißen einachsigen Presse verpresst, oder Kaltpressen und anschließendes Sintern.

(2) Die Grundbestandteile oder Bestandteile in einer Planeten-Kugelmühle zerkleinert und pulverisiert und einer Heißpressen in einer heißen einachsigen Presse oder Kaltpressen und anschließendes Sintern ohne zu schmelzen.

(3) Die einzelnen, sind intermetallische Verbindungen, die durch Mischen und Schmelzen der jeweiligen Basisgelenkelemente. Die erhaltenen Verbindungen werden dann zerkleinert und zusammen in einer Planetenkugelmühle pulverisiert und dann einer Heißpressen eines heißen uniaxialen Presse, oder Kaltpressen und anschließendes Sintern.

Für jede gewählte Methode der Pulvermetallurgie sollte die Aufmerksamkeit auf die Tatsache, dass Mahlen und Dispergieren der Inhaltsstoffe nur einmal durchgeführt wird. Dies ist notwendig, um die Kontamination auf ein absolutes Minimum oder unerwünschte Dotierung des resultierenden Eisenzusammensetzung zu reduzieren, die normalerweise aus dem Stahl kommt Kugeln der Planetenkugelmühle mahlt. Eine solche Dotierung oder Kontamination müssen vollständig ausgeschlossen werden. Um dies sicherzustellen, werden die Mahlkugeln aus einem Material hergestellt, das nicht mechanisch nicht interagieren mit den Bestandteilen der Formulierung wurde in einer Planetenkugelmühle gemahlen. Zum Beispiel für die Herstellung von Mahlkugeln können Stahlsorte ausgewählt werden ist viel fester. Dieses Problem kann gelöst werden, auf der metallurgischen Zusammensetzung oder Struktur konzentriert, sondern auch eine Wärmebehandlung unter Verwendung der gewünschten Mikrostruktur zu erhalten.

Eine alternative Lösung zur Verhinderung oder während des Schleifens eliminiert Kontamination statt wurde ein anderes Material für die Herstellung von Mahlkugeln zu wählen. Dieser Schritt kann nicht notwendig sein, wenn zur Herstellung von Mahlkugeln gefunden wird oder ausgewählt Stahlqualität ist viel fester. Ansonsten ist es notwendig, ein anderes Material, das nicht mit erheblichen Erosion oder Verschleiß durch mechanische Wechselwirkung mit den Zutaten Zerkleinerung unterzogen zu wählen.

Bei Verwendung eines Pulvermetallurgie-Technik, die in Übereinstimmung mit einer der drei oben genannten Verfahren verwendet wird, sollte das folgende Material Empfehlungen verwendet werden.

(1) Wenn die Grundzutaten, die entweder Elemente oder die intermetallischen Verbindungen selbst ausgehend, wurden vorgemischt und zusammen geschmolzen, vorzugsweise durch Verwendung Verarbeitung kalt uniaxiales Pressen, gefolgt von Brennen.

(2) Wenn die Grundbestandteile, die entweder Ausgangselemente oder die intermetallischen Verbindungen selbst sind zunächst nicht miteinander verschmolzen worden ist, dann Heißpressen mit der Mischung verwendet werden, um ein uniaxiales Warmpresse.

(3) Um zusätzliche unerwünschte Dotierung oder Kontamination während der Ausführung der Pulvermetallurgie-Technik, unabhängig davon, welche der beiden oben genannten Verfahren zu beseitigen sowohl für verwendete Heißpressen und Kaltpressen und anschließendes Sintern zerkleinert und pulverisiert Bestandteile ist bevorzugt ein Platinzylinder zu verwenden, und einer Platin Plunger.

(4) Die Technik der Pulvermetallurgie, insbesondere Rösten und Heißpressverfahren und sollte vorzugsweise in einer Argongasatmosphäre durchgeführt werden. Mit anderen Worten, muss vermieden werden, die den direkten Kontakt der Zusammensetzung mit Sauerstoff und Feuchtigkeit oder Luftatmosphäre während all der Verfahren der Pulvermetallurgie erhalten. Den gleichen Bedingungen und im Dauerbetrieb von thermoelektrischen Energieumwandlungsvorrichtungen, um die Zusammensetzung, nämlich das Grundmaterial, aus dem die Abgriffe n-Typ oder p-Typ-Vorrichtungen hergestellt werden. Diese Bedingungen sind notwendig Abbau praktisch garantiert thermoelektrischen Eigenschaften der Zusammensetzung, wenn die erste Phase der Herstellung durch das Verfahren der Pulvermetallurgie zu verhindern und während der Langzeitnutzung der Zusammensetzung zur direkten Thermoenergieumwandlung.

(5) Zur Herstellung der Verbindung die Basiskomponenten der Formel oder der allgemeinen chemischen Formel Komponenten definiert werden:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x}

oder:

_Seien Sie _{2u Ca 2V Sr 2W Ba 2Z} Mg _{2 (1-r) Si1-s Ge a Sn b Pb c} Sb d Bi e Se f Te g

jeweils durch mechanisches Legieren, stöchiometrische Mengen der Bestandteile in Form von großen Teilchen ( 5 mm) wurde in Reservoiren geladen, die vorzugsweise aus sehr harten Sonder legiertem Stahl oder einem anderen geeigneten Material, in einem Volumen von etwa 500 ml, wobei etwa 100 den Mahlkugeln und ist vorzugsweise aus sehr hartem legiertem Edelstahl oder einem anderen geeigneten Material, der Durchmesser gemacht jeder der Kugeln beträgt 10 Millimeter und 150 Milliliter n-Hexan. Die Ampullen wurden unter einer Argonatmosphäre verschlossen. Der Prozeß des Schleifens oder Aufsprühen wird vorzugsweise in einer geeigneten Planetenkugelmühle durchgeführt für 8-150 Stunden oder anderen geeigneten Zeitpunkt. Verdichten der Pulver ist vorzugsweise ein Heiß uniaxialen Presse unter Verwendung von in einem Vakuum durchgeführt, was zu einem absoluten Druck p entspricht 10 ^-4 mbar, indem der Pressdruck unter Verwendung von vorzugsweise 50 MPa und vorzugsweise bei einer Temperatur von 1073 K bis 1123 K. Als Alternative zur Pulververdichtung kann in einer Inertgasatmosphäre, vorzugsweise Argon , durchgeführt werden. Alternativ Konsolidierung der Pulver oder Zutaten pulverisiert und mit kaltem uniaxialen Presse unter Verwendung von Kaltpressen, durchgeführt werden, und dann bei einer Sintertemperatur vorzugsweise von 1073 K bis 1200 K, vorzugsweise in einem Vakuum mit einem absoluten Druck p entspricht 10 ^-4 Millibar, oder alternativ in einer Inertgasatmosphäre, vorzugsweise Argon.

(6) sicherzustellen, um ferner, dass keine Verunreinigungen oder unerwünschten Dotierungs während bereits zerkleinerten Bestandteile Schleifen, insbesondere Eisen oder Fe, wie die Vorratsbehälter und die Mahlkugeln für diesen Zweck verwendet werden, da die Grundkomponenten der Planetenkugelmühle, sollte aus dem gleichen gemacht werden spezielle Legierung Stahl von sehr hoher Härte. In dem Fall, dass eine solche Maßnahme unmöglich oder unpraktisch ist hierfür gefunden werden muss oder einem anderen Material mit ausreichend hoher Härte ausgewählt wird. In anderen Worten muss die Stahllegierung oder Legierungen, die derzeit für die Herstellung der genannten Schiffen verwendet und Mahlkugeln durch einen anderen, festeren Material ersetzt werden, das ist eine Legierung, Stahl oder anderen völlig anderen Material.

Neuere experimentelle Forschungsarbeit Zusammenhang mit der Vorbereitung, die Temperaturabhängigkeit des Seebeck - Koeffizienten, elektrischen Widerstand und Wärmekraftfaktor und langfristige Wartung und Betriebseigenschaften des Magnesiumsilizids sicherzustellen, Mg ₂ Si, wenn für thermoelektrische Energieumwandlung verwendet werden, haben gezeigt , dass:

(1) Die thermoelektrischen Eigenschaften einer Probe Mg ₂ Si, hergestellten Pulvermetallurgie - Technik, und zwar durch Kaltpressen und anschließendes Sintern in einem Temperaturbereich von 1073 K bis 1200 K in einer Argonatmosphäre, sind viel besser als die Probe , hergestellt durch Herstellung einer Mischung von Technologien, die, wenn die Probe über verschiedene Zeiträume auf Luftsauerstoff ausgesetzt wird. Mit anderen Worten : Herstellung von Mg ₂ Si durch herkömmliche Gießverfahren oder metallurgische Schmelzen , wenn sie einer Sauerstoffatmosphäre führt zu einem Material mit wesentlich verschlechtert Seebeck - Koeffizientenwerte, elektrischen Widerstand und eine thermoelektrische Leistungsfaktor ausgesetzt wird ; und

(2) Die thermoelektrische Leistung einer Probe zunächst durch Kaltpressen und anschließendes Sintern in einer Argonatmosphäre wesentlich verschlechtert nach verschiedenen Zeiten der Einwirkung von Luft aus der Atmosphäre aufgrund der Sublimation und Oxidation von Magnesium.

Somit muß Mg ₂ Si Magnesiumsilizid hergestellt und verwendet werden müssen , und isoliert von der Umgebungsluft, und zwar in einer Inertgasatmosphäre, vorzugsweise Argon. Außerdem ist die Technik der Pulvermetallurgie, beispielsweise durch Kaltpressen und anschließend Sintern oder Heißpressen, ist viel vorteilhafter als die herkömmliche Schmelzmetallurgisches Verfahren als Mittel zur Herstellung oder Herstellung der Verbindung. Wie oben angedeutet, wobei die Verbindung und kann aus atmosphärischer Luft oder Sauerstoff getrennt enthalten. Dies bedeutet , daß Mg ₂ Si Magnesiumsilizid gekocht werden, sowie als oder in Bedingungen absolute Vakuum oder in einer Umgebung , bevorzugt Argon zusammengesetzt verwendet werden.

Ferner wird in den vorangehenden zwei Absätzen Argumente und Tatsachen gegeben und auf eine Zusammensetzung beziehen, die vor allem durch die chemischen Komponenten der Formel bestimmt:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x}

Trotz der Tatsache , dass durch Barium und ein Teil des Siliziums in der vorstehenden Formel einen Teil des Magnesiums durch Blei ersetzt ersetzt wird, die Zusammensetzung ist jedoch im Wesentlichen aus Magnesium - Silizid, Mg ₂ Si. Folglich werden alle der oben genannten Bedingungen und Vorsichtsmaßnahmen bezüglich der Herstellung, in Abhängigkeit von der Temperatur , um die thermoelektrischen Eigenschaften zu verleihen, und die langfristige Aufrechterhaltung von thermoelektrischen Parameter Mg ₂ Si Magnesiumsilizid ist im wesentlichen für die Zusammensetzung und nach den Hauptkomponenten der obigen Formel bestimmt. Somit können die gleichen Bedingungen und Vorsichtsmaßnahmen werden sicher verlängert und die in gleichem Maße auf die Zusammensetzung durch die allgemeine Formel mehr Komponenten definiert anzuwenden:

_Seien Sie _{2u Ca 2V Sr 2W Ba 2Z} Mg _{2 (1-r) Si1-s Ge a Sn b Pb c} Sb d Bi e Se f Te g

Legierung Streuung wird als wirkungsvolles Mittel zur Absenkung der Wärmeleitfähigkeit des Gitters von thermoelektrischen Materialien verwendet. Da die Wärmeleitfähigkeit des Gitters auf den Gesamtwert der Wärmeleitfähigkeit sehr nahe ist, wie Halbleiter, bei relativ niedrigen Temperaturen, es führt zu einer Erhöhung der thermoelektrischen Gütezahl dieser Materialien. Folglich sind die nützlichsten thermoelektrischen Materialien Legierungen oder feste Lösungen, weil deren Gitter Wärmeleitfähigkeit aufgrund Legierungsstreuung reduziert wird. Doch zur gleichen Zeit oder zu Mischen und Legieren im allgemeinen reduzierte elektrische Mobilität, aber auch elektrische Leitfähigkeit. Fusionsbildung oder festen Lösungen, jedoch ist die Technologie zur Herstellung von thermoelektrischen Materialien erfolgreich angewendet, weil die reduzierte Wärmeleitfähigkeit des Gitters ist in der Regel wesentlich stärker ausgeprägt als die Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit. Wenn wir jedoch prüfen , nur elektrische Parameter, wie beispielsweise thermoelektrische Leistungsfaktor S ² , Freundliches Material, als elementares und Verbindung funktioniert in der Regel viel besser als die Legierung oder eine feste Lösung.

Optimierung der thermoelektrischen Gütefaktor aus jedem Material ist ein sehr komplexes Thema und exigeant. Insbesondere für die Halbleiter verwenden zwei grundlegende und praktischste Verfahren zur Optimierung der Dotierung von Verunreinigungen alien, und eine Bildung von Legierungen oder feste Lösungen. Nur in der Praxis verwendet wird, ist der thermoelektrische Leistungsfaktor-Steuerungsverfahren oder der Seebeck-Koeffizient S die Änderung in der Konzentration an freien Ladungsträgern. Dies bedeutet eine Änderung der Dotierungspegel. Somit führt die Dotierungsniveau zuzunehmen Reduktion des Seebeck-Koeffizient, und umgekehrt. Ganz im Gegenteil Situation mit elektrischer Leitfähigkeit. Erhöhen der Dotierungspegel erhöht die Anzahl der freien Ladungsträger, also Elektronen oder Löcher, und dies führt zu einer Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit. Im Hinblick auf die Wärmeleitfähigkeit und Wärmestrom, ist es selbstverständlich, dass die Wärmeleitfähigkeit von beiden Phononen und Elektronen vorgesehen ist. Daher hat die Wärmeleitfähigkeit zwei Komponenten: eine Komponente Gitter- oder Phonon-Komponente und der elektronischen Komponente. In der Tat ist die elektronische Komponente Beitrag zur Wärmeleitfähigkeit der elektrischen Leitfähigkeit etwa proportional. Diese proportionale Beziehung zwischen der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeleitfähigkeit, die durch Ladungsträger vorgesehen ist, oder Elektronen wird das Wiedemann-Franz-Gesetz bezeichnet. Der Koeffizient der Proportionalität zwischen der elektronischen Komponente der Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit _k el rief die Lorenz-Zahl, L. Dieses Gesetz von großer Bedeutung in der theoretischen Physik fester. Dies ist aufgrund der Tatsache, dass die oben erwähnte Gesetz, obwohl ursprünglich für Metalle abgeleitet und festgelegt und zu Halbleitern anwendbar ist, oder einem anderen geeigneten Material. Es sollte jedoch bedacht werden, dass die Möglichkeit einer solchen Anwendung gültig ist, und sie gewährleistet die Genauigkeit, solange die Wärmeleitfähigkeit des nichtmetallischen Material einer elektronischen Komponente und einer Komponente des Kristallgitters oder Phonon-Komponente besteht. Somit kann die gesamte thermische Leitfähigkeit des Halbleitermaterials wie folgt ausgedrückt werden:

k = k + k _{GitterElektronenGitter} = k + LT,

wobei T die absolute oder thermodynamischen Temperatur in Grad Kelvin.

Generell ist die Seebeck-Koeffizienten und ein Bestandteil des Kristallgitters oder Phonon Komponente der Wärmeleitfähigkeit nimmt mit zunehmender Dotierungsniveau, also mit einer Erhöhung der Anzahl der freien Ladungsträger. Auf der anderen Seite, die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit des elektronischen Bauteils mit zunehmender Dotierungsniveau erhöht. Folglich wird die optimale Dotierungsniveau, das der Pegel liegt , bei dem der Maximalwert der thermoelektrischen Gütezahl vorgesehen ist , im Bereich von 10 ¹⁹ bis 20 ^Oktober Träger pro Kubikzentimeter.

При формировании сплава или твердого раствора двух или нескольких полупроводников, элементов или соединений обычно происходят следующие явления: коэффициент Зеебека изменяется очень незначительно при изменении состава сплава. Это в особенности справедливо в отношении полупроводников, но, определенно, не в отношении металлов. Кроме того, из-за рассеяния сплава как электрическая проводимость, так и теплопроводность, в общем, будут иметь меньшие значения, чем простое линейное среднее число соответствующих значений двух или более компонентов сплава. Фактически, из-за рассеяния сплава проявляется тенденция влияния на теплопроводность, в частности на ее решетчатый компонент, в большей степени, чем на электропроводность. В действительности, теплопроводность, получаемая при смешении двух или более полупроводников, определяется исключительно компонентами или ингредиентами, имеющими наибольшее различие атомного веса и объема, занимаемого атомами (ковалентный объем). Следовательно, теплопроводность принимает определенное минимальное значение при некотором промежуточном составе между значениями х=0 и х=1 и обычно существенно ниже, чем соответствующие значения любого из них.

Обычно можно определить теплопроводность кристаллической решетки, получаемой в результате смешивания или сплавления любых двух полупроводников. Такая возможность основана на теории, первоначально разработанной П.Дж.Клеменсом в 1955 г., хотя она более известна под названием теории Кэллавея. Для рассеяния фононов точечными дефектами, в основном, из-за различия их масс профессор Клеменс вывел следующее уравнение, определяющее получаемое в результате изменение решеточной теплопроводности:

где k представляет решеточную теплопроводность в результате рассеяния на точечных дефектах, ₀ представляет нулевую угловую частоту колебаний фонона, при которой средний путь свободного пробега до рассеяния на точечном дефекте равен этому значению для собственного рассеяния, _D представляет частоту дебаевских колебаний фонона=k _D /h, К - постоянная Больцмана, и - скорость звука или скорость фонона. При отсутствии точечных дефектов, то есть для чистого или несплавного полупроводника, его собственную решетчатую теплопроводность можно определить по следующему уравнению:

основываясь на работе Кэллавея и Фон Байера, Борщевски, Кейлет и Флериал (Callaway, Von Baeyer, Borshchevsky, Caillat, Fleurial) смогли свести приведенные выше теоретические результаты П.Г.Клеменса к следующей форме, которая, в общем, более полезна для проведения практических расчетов:

wo _D представляет дебаевскиую температуру, ³ представляет средний объем, приходящийся на один атом в кристалле, _s - средняя скорость звука или скорость фонона, h - постоянная Планка, u - параметр масштабирования рассеяния сплава и Г представляет параметр рассеяния сплава. Приведенные выше уравнения можно применять для всех типов сплавов, или твердых растворов, в частности для тех, которые основаны на химических или интерметаллических соединениях. Скорость звука v _s предпочтительно получают путем прямого измерения. Параметр рассеяния включает как член, представляющий флуктуацию массы Г _A^М , так и член, представляющий флуктуацию объема Г _A^V , определяемые следующим образом:

f _i^A =относительная пропорция каждого атома определенного размера А,

_A,B,C,D =регулируемые параметры деформации,

- общая средняя масса для сплава= .

р _i - атомарная пропорция атомов А в соединении= .

где A _a B _b C _c D _d представляет, например, химическую формулу составляющих конкретного сплава или раствора; А, В, С и D представляют отдельные элементы. Суммарный параметр рассеяния сплава определяют по формуле:

Die obige theoretische Analyse soll zeigen, dass maximiert werden sollten, um die Wärmeleitfähigkeit des Gitters der Legierung oder eine feste Lösung Schwankungen sowohl in Masse und Volumen zu minimieren. Es gibt jedoch keine Möglichkeit, diese Masse und die Volumenschwankungen zu steuern, unabhängig voneinander. Beide Parameter werden gleichzeitig durch die Art der für die Legierungszusammensetzung oder eine feste Lösung ausgewählte Elemente bestimmt, die mit arbeitet, oder, die versuchen, zu entwickeln. Ferner Fluktuation oder Massenunterschied zwischen der Masse von Elementen in einer entsprechenden Gitterplätze in einem viel größeren Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit des Gitters zu reduzieren, als der Volumenschwankung oder Volumenunterschiede. Darüber hinaus ist die Masse Schwankungsparameter der Regel möglich, genauer zu berechnen als Volumenschwankungen einstellen. Dies ist aufgrund der Tatsache, dass für eine genaue Bestimmung der Volumenschwankung Parameter ist erforderlich, um die genauen Werte des Dehnungsparameter haben . Da zuverlässige Daten für die Deformationsparameter im allgemeinen nicht zur Verfügung, insbesondere für neuartige Materialien wie Legierungen oder feste Lösungen, welche die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen, ist es notwendig, Versuchsmessungen an Proben dieser Legierungen oder feste Lösungen auszuführen. Darüber hinaus wird ein zusätzlicher Mechanismus, nämlich die Phonon-Elektron-Wechselwirkung oder Phonon Streuung der Ladungsträger oder Elektronen, kann der Wärmeleitfähigkeit des Gitters zu einer weiteren Reduktion führen. Diese zusätzliche Streuung oder sehr auffällig ausgeschieden, insbesondere in stark dotiertem n-Typ - Halbleiter, und zwar in einer solchen Halbleitern , die eine Konzentration von freien Ladungsträgern in dem Bereich von 1 × ¹⁹ Oktober bis 5 × ^{20. Oktober} Träger pro Kubikzentimeter haben.

Um eine optimale thermoelektrische Material zu entwickeln oder zu wählen, die die höchstmögliche thermoelektrischen Gütefaktor hat, sollte die Wärmeleitfähigkeit minimiert werden. In dem thermoelektrischen Paares, zur Stromerzeugung vorgesehen oder Thermoelement, beispielsweise bedeutet eine hohe Wärmeleitfähigkeit, dass Wärme übertragen wird, oder eine Ruhestromübertragung direkt von der heißen zur kalten Lötstelle, ohne in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Analyse über die hier mit "schweren Element Auswahlkriterium", um die Ioffe Wärmeleitfähigkeit prospektiven ideal Thermoelektrikum zu minimieren, wurde die zuvor erwähnte Minimierung durch die Wahl von Blei oder Wismut als Bestandteil daß ideal Thermoelektrikum erreicht. Da diese beiden Elemente etwa die gleiche Atommasse haben, ist, dass 207,2 und 208,98 haben Pb y Bi, die beide eine gleiche Wahrscheinlichkeit der Wahl in der Materialzusammensetzung für die Verwendung aufweisen. So hat Wismut Bi eine wesentlich geringere Wärmeleitfähigkeit als Blei Pb, während ihr Schmelzpunkt ungefähr auf dem gleichen Niveau ist.

Da das entwickelte Material im wesentlichen ein Halbleiter ist, ist die zweite Wahl Silizium-Variante. Tatsächlich, Silizium, zusammen mit Germanium, sind die authentische Halbleiterelemente in der gesamten Periodensystems. Da jedoch Silizium und als Nichtmetall oder Halbmetall eingestuft ist, das gibt es einen Vorteil gegenüber Germanium. Dies wird durch die Tatsache bestätigt , dass die elektrische Leitfähigkeit von Silizium bei einer Temperatur von 20 ° C von 2,52 × 10 ^-6 (ohm-cm) ^-1, während eine Leitfähigkeit von Germanium 1,45 × 10 ^-2 (Ohm-cm) ^-1 . Dies stellt bevorzugt Silizium bei der Auswahl als mit Germanium verglichen.

Da Silizium eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit von etwa 1,49 W · K ^-1 cm ^-1 bei Raumtemperatur sollte verringert oder so weit wie möglich minimiert werden. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist Silizium mit Magnesium legiert oder genauer in der chemischen Verbindung aus Silizium und Magnesium. Dies führt zur Bildung von Magnesiumsilicid Verbindung Mg ₂ Si, die bei Raumtemperatur von etwa 0,08 W eine Wärmeleitfähigkeit hat · K ^-1 cm ^-1. So aufgrund der Reaktion mit Mg Si Letzteres kann die Wärmeleitfähigkeit etwa 19 mal reduzieren, was ganz wichtig ist, und somit gibt es keine ernsthaften Verletzung außergewöhnlichen Eigenschaften von Halbleitersilizium, insbesondere seine hohe thermoelektrische Energie. Somit Magnesium ist das dritte ausgewählte Element.

Ausgewählten drei Elemente, nämlich, Wismut oder Blei, Silizium und Magnesium, sind die Hauptbestandteile der Zusammensetzung. Weitere für die nächste Stufe erforderlich, und das vierte Element auszuwählen, um die Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Da das Hauptziel die Wärmeleitung zu minimieren, ist, und das vierte Element, ausgewählt wird, um in einer signifikanten Reduktion der Wärmeleitfähigkeit führt aufgrund seiner "Wechselwirkung" mit Magnesium, wodurch eine Legierungsstreuung. Um die Wirksamkeit dieses Elements zu maximieren sollte vorzugsweise die gleiche elektronische Struktur haben, das heißt, muss es zur gleichen Gruppe wie der von Magnesium gehören. Daher sollte die Aufmerksamkeit auf die PA-Gruppe gezahlt werden, die, zusätzlich zu Magnesium, enthält und Beryllium, Calcium, Strontium, Barium und Radium. Verwendung again "schweres Element Auswahlkriterium" Radium ausgewählt werden könnte, da es den höchsten Atomgewicht aller Elemente in Gruppen, die gleich 226. Dennoch Radium aufgrund ihrer hohen Radioaktivität ausgeschlossen werden. Dies lässt nur vier Elemente zur Auswahl, einschließlich Beryllium, Calcium, Strontium und Barium. Da Barium hat den höchsten Atomgewicht aller dieser vier Elemente als die vierte und letzte Element ausgewählt Barium. Dadurch wird sichergestellt, dass die Wechselwirkung zu "Legierung Streuung" oder eher "Massen Fluktuation Streuung und Volumen" zwischen Mg und Ba wie möglich so groß führt. Auf diese Weise können Sie die minimale oder eine möglichst geringe Wert der Wärmeleitfähigkeit des Gitters beabsichtigte Zusammensetzung zu erhalten.

Zurückkehren zu dem ersten Element der Wahl für die vorgesehene Zusammensetzung, wählen entweder Blei oder Wismut. Da der Grad der Wechselwirkung, die dazu führt, "aufgrund von Schwankungen im Gewicht und Volumenstreuung" zwischen Si und Pb und Bi in etwa gleich sind, ist das Entscheidungskriterium oder Faktor ist der Grad der Ähnlichkeit zwischen der elektronischen Struktur von Silizium und eines dieser beiden Elemente. Als Ergebnis kann bevorzugt Blei Pb, Blei und Silizium werden, wie für eine Spalte oder eine Gruppe des Periodensystems gehören, das heißt, der Gruppe IVB, während Wismut gehört zur Gruppe VB. Und so hat es eine elektronische Struktur, die aus der Siliziumstruktur unterscheidet. Daher Wismut wird verworfen oder ausgeschlossen, und das erste ausgewählte Element Blei, Pb. Folglich umfasst die Endzusammensetzung vier Elemente: Blei, Silizium, Magnesium und Barium. Diese Zusammensetzung ist die grundlegende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Suche Mendeleev Periodensystems der Elemente, ist zu erkennen, dass alle vier Elemente, die die Ecken des Rechtecks ​​einnimmt. Wie oben angedeutet, nimmt die Gitterstruktur Wärmeleitfähigkeit infolge der Doppel Wechselwirkung, nämlich "Streuung aufgrund von Schwankungen in der Masse und Volumen" zwischen den Atomen von Silicium und Blei, und als Folge anderer Wechselwirkungen, ausgedrückt in "Streuung aufgrund von Masse- und Volumenschwankungen" zwischen Atome von Magnesium und Barium. Doppelte oder duale "Streuung aufgrund von Schwankungen in Gewicht und Volumen", führt zu einer sehr erheblichen Verringerung der Wärmeleitfähigkeit des Gitters der resultierenden Zusammensetzung. Dies ergibt sich aus der folgenden Tabelle:

Mitglied	mg	Ba	Si	Pb
Atomgewicht	24,305	137,327	28,086	207,2
Der Radius des Atoms, Å (kovalente)	1,36	1.98	1.11	1,47
Das Volumen des Atom besetzt, cm3 / mol =	13,97	38.21	12,05	18,27
Elektronegativität	1.31	0,89	1.90	2.33

aus denen gefolgert werden, dass:

(1) Es gibt eine sehr starke Streuung aufgrund von Schwankungen im Gewicht zwischen den Atomen von Mg und Ba-Atome und zwischen den Atomen und Si und Pb-Atome. Dies ist aufgrund der erheblichen Differenz zwischen dem Atomgewicht von Mg und Ba, sondern auch zwischen Si und Pb.

(2) es gibt eine gewisse Streuung aufgrund von Schwankungen in dem Volumen zwischen den Atomen von Mg und Ba und Si-Atome und zwischen und Pb. Dies ist aufgrund der Unterschiede in Atomradius und in dem Raum durch die Atome zwischen Mg und Ba besetzt ist, sondern auch zwischen Si und Pb.

(3) Aufgrund der vorherrschenden Elektronegativität Unterschiede in Mg und Ba neigen dazu, chemische Reaktion und bilden Verbindungen mit jedem von Si und Pb, respectively. Somit kann die Zusammensetzung in Form einer Legierung oder feste Lösung von intermetallischen Verbindungen, die Magnesium-Silizid, Magnesium plumbide, Barium Silicid und Barium plumbide hergestellt.

(4) Es ist unwahrscheinlich, dass Mg und Ba, sondern auch Si und Pb von deutlich geringeren Elektronegativität Unterschiede zwischen ihnen chemischen Verbindungen im Vergleich zu jenen Werten zwischen Mg und Si, und Mg und Pb, als zwischen Ba und Si bilden, und Ba und Pb.

Folglich so erhaltene Zusammensetzung wird durch die folgende chemische Formel Komponenten bestimmt:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x}

Aus der obigen Formel ist ersichtlich , daß die Zusammensetzung im wesentlichen aus Magnesium - Silizid besteht, Mg ₂ Si, wobei ein Teil des Magnesiums durch Barium und ein Teil des Siliciums ersetzt wird durch Blei ersetzt. Dies ist offensichtlich aufgrund erheblich reduzieren oder die thermische Leitfähigkeit der Zusammensetzung zu minimieren, insbesondere die Wärmeleitfähigkeit des Gitters. Die so erhaltene Zusammensetzung sollte eine minimale Wärmeleitfähigkeit des Gitters möglich haben erhalten. Für sollte erwarten, dass es eine minimale Gesamt Wärmeleitfähigkeit zu erhalten. С другой стороны, термоэлектрический коэффициент мощности S ² должен быть максимальным. Это достигается благодаря осторожному легированию состава соответствующими чужеродными атомами или примесями в соответствующих количествах. Легирующий агент или примесь может состоять из одного элемента или нескольких элементов и/или их соединения. Введение легирующего агента или примеси в состав вещества обычно выполняют таким образом, чтобы получить концентрацию свободных носителей заряда в диапазоне от 1×10 ¹⁵ до 5×10 ²⁰ носителей на кубический сантиметр. Атомарная или молекулярная пропорция легирующего агента или примеси может находиться приблизительно в диапазоне от 10 ^-8 до 10 ^-1 . Вышеуказанные нижние пределы концентрации свободных носителей заряда и атомарных или молекулярных пропорций легирующего агента, собственно, относятся к предельному случаю, когда состав является, по существу, "нелегированным". Однако на практике состав, вероятно, предпочтительно должен быть легирован, по меньшей мере, в степени от легкой до умеренной, то есть это соответствует концентрации свободных носителей заряда от 1×10 ¹⁸ до 1×10 ¹⁹ носителей на кубический сантиметр. Обычно это приводит к существенному повышению электропроводности и, как можно полагать, термоэлектрического коэффициента мощности и, соответственно, термоэлектрического показателя качества. Предпочтительно и можно применять сильное легирование, если только в результате не будет ухудшена термоэлектрическая мощность или коэффициент Зеебека. Это означает, что концентрацию свободных носителей заряда можно поддерживать в диапазоне от 1×10 ¹⁹ до 5×10 ²⁰ носителей на кубический сантиметр. Это определенно приведет к максимизации термоэлектрического коэффициента мощности S ² , что при одновременной минимизации теплопроводности, как указано выше в данном описании, определенно приведет к максимизации термоэлектрического показателя качества. Таким образом, концентрация свободных носителей заряда в составе вещества предпочтительно должна находиться в пределах от 1×10 ¹⁸ до 5×10 ²⁰ носителей на кубический сантиметр, и при этом соответствующая атомарная или молекулярная пропорция легирующего агента или примеси предпочтительно составляет от 10 ^-5 до 10 ^-1 .

Следует отметить, что весь предыдущий анализ относится к термоэлектрическим характеристикам и свойствам состава при работе на относительно низких температурах, то есть не выше приблизительно комнатной температуры. Следует и подчеркнуть, что состав проявляет тенденцию иметь свойства вещества n-типа при низких температурах, даже без легирования. По мере повышения температуры материала концентрация носителей заряда проявляет тенденцию к увеличению из-за теплового активирования, и характеристики n-типа становятся более выраженными. Например, для нелегированных образцов Mg ₂ Si, приготовленных с использованием технологии порошковой металлургии с применением холодного одноосевого прессования и с последующим обжигом, в отсутствие контакта к кислородом атмосферы, было определено существенное увеличение термоэлектрической мощности и термоэлектрического коэффициента мощности по мере подъема температуры от приблизительно 300 К до максимального значения или плато на уровне приблизительно 800 К. При этом было определено, что образцы представляли собой полупроводник n-типа. Это указывает на то, что легирование, вероятно, может не понадобиться вообще при приготовлении или получении термоэлементов n-типа или отводов термоэлектрических устройств, состоящих из вышеуказанного состава. Преднамеренное легирование состава для придания ему свойств n-типа может использоваться только в случае необходимости. Вышеописанное в особенности справедливо для рабочих температур, существенно превышающих комнатную температуру.

Das gleiche gilt für den Fall, in dem die Zusammensetzung verwendet wird, eine p-Typ-Drain oder Thermopile thermoEnergieUmwandlungsVorrichtung zu machen. Für ein Material von p-Typ-Dotierung muß Dotierungselement oder p-Typ-spezifisch oder Akzeptor-Verunreinigung sein. Ein Verfahren zur Durchführung einer solchen Dotierung ist im Detail in den jeweiligen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gegeben hierin oben und in den vorangehenden wenigen Absätzen beschrieben. Somit wird thermo p-Typ-Material zu erhalten allgemeinen komplizierter als die Herstellung von n-Typ-Material durchgeführt. Dies gilt insbesondere für Materialien, aus mehreren Elementen bestehen, mit signifikanten Unterschieden zwischen dem Atomgewicht und dem Volumen, das durch Atome besetzt ist, wie beispielsweise einer Legierung oder feste Lösung von Magnesiumsilicid plumbide Barium, mit denen wir umgehen und das ist die grundlegende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Alle diese Materialien dazu neigen, n-Typ-Halbleiter, und diese Tendenz wird mehr und mehr ausgeprägt, dass immer strenger mit steigender Temperatur, wenn ihr Wert deutlich übersteigt, die Umgebungstemperatur zu sein. Darüber hinaus neigen thermo Leistung p-Typ-Materialien im allgemeinen einen schlechteren Wert zu haben, als in n-Typ-Materialien. Dies ist aufgrund der Tatsache, daß die Beweglichkeit von Löchern ist im allgemeinen kleiner als die Beweglichkeit von Elektronen. Die Schwere dieser beiden Probleme können durch sorgfältige Auswahl der Verfahrensbedingungen oder der Methode der Dotierung reduziert werden. Diese Situation kann weiter verbessert werden, wenn die p-Typ-Zusammensetzung im Allgemeinen für die Stromerzeugung Zwecke nicht verwendet, sondern nur in Vorrichtungen zur thermoelektrischen Wärmepump und thermoelektrischen Kühl bestimmt, die bei niedrigeren Temperaturen arbeiten. Die thermoelektrischen Geräten sollten Energieerzeugung Notfall Aufmerksamkeit Technologie gegeben werden oder ein Verfahren zur Herstellung solcher Mittel Dotierstoff und Dotierung Dotierung zusammen mit Gradientenwerkstoffen Material SPM-Technik oder Technologie, wie sie in verschiedenen Ausführungsformen beschrieben hierin beschrieben, was zu verbessern helfen kann Situation. Wenn jedoch ein Problem mit der Zusammensetzung der p-Typ hinsichtlich seiner thermoelektrischen Eigenschaften oder Potential für die Erlangung und Aufrechterhaltung seiner Eigenschaften von p-Typ, insbesondere bei hohen Temperaturen, ist es möglich, einen Teil des p-Typs in einen passiven Auslass Goldsmid (Goldsmid) zu ersetzen, die aus Supraleiter mit hoher kritischer Temperatur. In diesem Fall definiert die Zusammensetzung in der Form, die hierin verwendet werden, um nur n-Typ-Drain oder Thermoelement Einrichtung zur direkten Thermoenergieumwandlung. So wird in einer prospektiven idealen thermoelektrischen Vorrichtung, die besteht aus passiven Retraktion Zusammensetzung und Goldsmid oder Thermoelement eine Anzapfung oder n-Typ-Thermoelement umfasst, das p-Typ-tap ersetzt, die Gesamtbetriebscharakteristik des Vorrichtungsleistung vollständig vom n-Typ bestimmt entwässern. In der Tat, einfach die passive Hahn zu vervollständigen oder der elektrischen Schaltung verwendet. Seine Verwendung führt nicht zu einer Zunahme oder Abnahme in einer der thermoelektrischen Leistung und Energieumwandlungswirkungsgrad der Vorrichtung. Allerdings wirkt sich dies indirekt sie, weil sie die Verwendung von p-Typ-Entladung mit schlechten Eigenschaften verhindert, was zu einer gewissen Verschlechterung der thermoelektrischen Leistung und Energieumwandlungswirkungsgrads führen würde.

Eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basiert auf der Kombination Silizid Magnesium Mg ₂ Si, die nur darin besteht Unterschied , dass ein Teil des Magnesiums durch mindestens ein Element aus einer Gruppe von vier Elementen , ausgewählt wird, bestehend aus Beryllium, Calcium, Strontium und Barium, und dass ein Teil des Siliziums durch zumindest ein Element aus einer Gruppe von sieben Elementen, ausgewählt, bestehend aus Germanium, Zinn, Blei, Antimon, Wismut, Selen und Tellur. Die resultierende Zusammensetzung alternative daher hat die folgende chemische Formel konstituierenden Bestandteile:

Es sollte betont werden, dass die Haupt- oder Zentral, Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie definiert durch die Formel:

nur ein Spezialfall der oben genannten ist, eine allgemeinere und vollständigere Formel können Zutaten, die № (2), wobei jeder der Werte von u, v, w, a, b, d, e, f und g auf Null gesetzt werden. Wenn wir die beiden Zusammensetzungsformel, die folgenden Punkte zu vergleichen, kann oben erwähnt werden.

(1) Legierungen oder feste Lösungen, hergestellt nach der grundlegenden Ausführungsform, oder der Formel № (1) das absolute Minimum haben oder möglichst niedriger Wärmeleitfähigkeit, insbesondere dessen Gitterkomponente.

(2) Legierungen oder feste Lösungen, hergestellt gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel oder der Formel № (2) hergestellt, eine höhere thermische Leitfähigkeit als die Legierungen haben wird dazu neigen, in Übereinstimmung mit der Formel № (1). Verwendung Formel № (2) kann aber auf alternative Materialzusammensetzungen führen, höhere durchschnittliche Energiebandlücken aufweisen, und Schmelztemperaturen, die für die Ausführungsformen der Anwendung einer höheren Temperatur kann nützlich sein.

(3) Unabhängig davon, was in Absatz (2) oben, sowohl Barium und Blei sollte zumindest in kleineren Mengen oder Anteilen, um in der Zusammensetzung vorhanden sein, um nicht übermäßig die minimale Wärmeleitfähigkeit des Gitters verschlechtern oder nicht fortfahren seine viel höheren Niveau.

(4) Bismuth und kann als teilweiser Ersatz oder Substitution von Silizium in Übereinstimmung mit der Formel № (2) oben verwendet werden. Es kann jedoch nicht so stark wirksam wie Blei sein, in die Gitter Wärmeleitfähigkeit der resultierenden Zusammensetzung auf ein absolutes Minimum zu reduzieren. Dies ist aufgrund der Tatsache, dass es mit Silizium, wie Blei nicht kompatibel ist, und aufgrund der Tatsache, daß Wismut und Silizium verschiedenen elektronischen Strukturen aufweisen, da sie in dem Periodensystem zu verschiedenen Gruppen gehören. Jedoch kann die Wismut die Zusammensetzung des thermoelektrischen Leistungsfaktor zu verbessern. Zusätzlich kann Bismut als teilweiser Ersatz für Silicium verwendet werden, vorzugsweise nicht nur einzeln, sondern in Kombination mit Blei. Dies ist vorteilhaft für die Abweichung von der minimalen Wärmeleitfähigkeit des Gitters zu verhindern.

(5) In der Formel Komponenten № (2), die die alternative, breiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigte, daß das Atomverhältnis von beliebigen der Elemente außer Barium und Blei, die Teil des Magnesiums, oder ein Teil des Siliciums ersetzen, können nicht Null. Dies sorgt für eine möglichst breite Abdeckung oder Umfang der alternativen Ausführungsform.

(6) Ungeachtet all der vorstehenden Analyse Formel Komponenten № (1) oben angegebenen und stellt eine grundlegende oder zentrale, Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Die folgenden Werte oder Prinzipien zu erhalten gute thermoelektrische Materialien mit einem hohen Qualitätsfaktor und eine hohe Energieumwandlungseffizienz wurden Ioffe gesetzt im Jahr 1957 für Standard-Halbleiterstreifen.

(1) Ladungsträgermobilität auf die Wärmeleitfähigkeit des Gitters Beziehung sollte maximiert werden. Da das Vermischen von mehreren Komponenten zusammen immer eine Tendenz zur Verschlechterung der Beweglichkeit von Elektronen und Löchern, in dem Fall einer Legierung oder feste Lösung zu bilden, wo das Material nicht ein Einkristall ist, sondern auch, wenn die Temperatur viel höher als die Raumtemperatur ist, ist der einzige Weg, diese Bedingung zu erreichen, im wesentlichen die Gitter zu reduzieren Wärmeleitfähigkeit.

(2) Die Bandlückenenergie _E g Zone sollte _in T _int als 4k größer _sein, wobei _k B die Boltzmann - Konstante, _T int und stellt seine eigenen oder maximale Betriebs heißen Gangstemperatur in Kelvin ausgedrückt. Unter der Annahme , _T int = 880 ° C, oder 1073K, die den Wert _E gibt g = 0,37 eV (Elektronenvolt).

(3) Ein Halbleiter kann dem Verunreinigungsmodus dotiert werden. Die oben genannten Kriterien wurden weiter ausgearbeitet von Pierre Eygrenom, die schließlich dazu geführt, auf die folgende praktische Form: in guten thermo Mechanismen (Geräte, Energieerzeugung), bei einer Temperatur Kältequelle (Übergang) oder in der Nähe von Umgebungs arbeitet, ist es notwendig, Materialien zu verwenden, die folgende Eigenschaften:

(1) Betriebstemperaturwärmequelle (Übergang) von etwa 700 bis 800 ° C

(2) Feste Lösungen.

(3) Wenn möglich, anisotropen Materialien.

(4) Die Breite des Energiebandlücke E _g der Größenordnung von 0,6 eV.

Da die Energiebandlücke Mg ₂ Si etwa 0,78 eV beträgt, dann für eine Legierung, oder eine feste Lösung, hergestellt, beispielsweise nach der folgenden Zusammensetzungsformel:

_Ba 0,4 Mg 1,6 Si 0,85 Pb 0,15

Wir können in etwa die mittlere Energiebandlücke zu berechnen, wenn angenommen wird, dass es eine lineare Beziehung zwischen der Breite des Energiebandlücke entsprechenden Verbindungen und ihre atomaren oder molekularen Anteilen. Solche Berechnungen wurden durchgeführt und die durchschnittliche Energiebandlücke für eine solche Legierung wurde etwa 0,63 eV bestimmt. Dies zeigt an, dass eine Verbindung der grundlegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehören, erfüllt im wesentlichen das Kriterium № (4) Eygreyna Pierre, wodurch es zu Energiebandabstand beträgt ca. 0,6 eV war. Kriterien № (1) und (2) sind grundsätzlich zufrieden mit sowohl Primär- als auch im Wechsel mit, und ein Gesamtvolumen von mehr Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Kriterium № (3) kann nur erfüllt werden, wenn das Material ein Einkristall ist, da einzelne Kristalle bekannt sind anisotrope zu sein. Alle Vorteile jeglicher Anisotropie verwendet wird, wenn die Zusammensetzung als ein Einkristall hergestellt werden.

Abschließend sollte betont werden, dass der primäre Zweck und Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Zusammensetzung oder Zubereitung bereitzustellen, oder ein Material, das extrem niedrige oder wesentlich reduziert ist, Wärmeleitfähigkeit des Gitters. Dies wird wie folgt erreicht.

(1) Die Wahl von Silizium als Hauptbestandteil Zusammensetzung. Daher wird Silizium ersten Element.

(2) Die Durchführung der chemischen Reaktionen des Siliciums mit Magnesium aus der Verbindung der _{Magnesiumsilicid,} Mg ₂ Si zu bilden. Somit Magnesium ist der zweite Bestandteil.

(3) Ersatz eines Teils von Silizium mit Blei. Daher ist Blei der dritte Bestandteil.

(4) Substitution eines Teils von Magnesium mit Barium. Somit Barium ist das vierte Element.

Jede der oben genannten vier Schritte können signifikant die Wärmeleitfähigkeit des Gitters der resultierenden Verbindung, Legierung oder eine feste Lösung zu reduzieren. Dies ist natürlich, bezieht sich auf die Zusammensetzung, die das Hauptausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt durch die folgende Formel Zusammensetzung der Bestandteile definiert ist:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x}

und mit extrem niedrigen Wärmeleitfähigkeit des Gitters. Der Wert der elektrischen Leitfähigkeit des Gitters nicht exakt Null sein, aber sollte es sehr nahe sein. Dieses Kriterium ist die zentrale Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Darüber hinaus wird zur selben Zeit einen sehr hohen Wert des thermoelektrischen Leistungsfaktor PF zu empfangen erwartet. Diese Annahme basiert auf den folgenden Tatsachen.

(1) Die thermoelektrische Leistung einer undotierten Probe Magnesiumsilizid Mg ₂ Si vom n-Typ durch Pulvermetallurgie - Technik hergestellt Kalt Verwendung in einer Platinzylinder Pressen, gefolgt von Tempern in einer Argongasatmosphäre bei einer Temperatur von 1073K bis 1200K hin, die experimentell gemessen und bestimmt seinen Wert ungefähr gleich 230 mV · K ^-1 bei einer Temperatur von etwa 330K und es auf ein Niveau von ungefähr 1000 mV · K ^-1 im Temperaturbereich von 700 K bis 800 K erhöht. Es wurde bestimmt, dass der Maximalwert bei einer Temperatur von 760K erhalten wird. Die experimentell gemessene Leistungsfaktor Wert der gleichen Probe wurde als 0,3 × 10 ^-3 W m ^-1 K ^-2, bei einer Temperatur von etwa 330K bis zu einem Maximum von etwa 5,4 × 10 ^-3 W m variierende definiert ^{- 1} K ^-2 bei einer Temperatur von 760K.

(2) Folglich ist die thermoelektrische Gütezahl von Magnesiumsilicid Probe, hergestellt wie oben angegeben, ist recht hoch. Sein Wert bei einer höheren Temperatur 760K, berechnet werden können auf dem bekannten Wert der Wärmeleitfähigkeit basiert, der etwa 0,08 W · cm ^-1 · K ¹ mit der thermoelektrischen Gütezahl auf 5,4 × 10 ^{-3 ×} 10 gleich bereitzustellen ^{-2 / 0,08 = 6,75 ×} 10 ^-4 K ^-1.

(3) Die Grundausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Zusammensetzung, die durch die folgende Formel definiert:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x}

das sollte eine thermoelektrische Leistung etwa dem gleichen Niveau oder sogar höher als die von Magnesiumsilizids, Mg ₂ Si. Dies wird durch die Tatsache bestätigt , dass Barium - Silizid oder vielmehr Barium disilicide BaSi ₂ - einer der Bestandteile der Zusammensetzung mit dem Wert des Energiebandlückenbreite _E g = 0,48 eV, ist bekannt als ein Wert der thermoelektrische Leistung S mit = 600 mV · K ^-1 bei Raum Temperatur. Dieser Wert ist viel höher als die von reinem Mg ₂ Si bei der gleichen Temperatur. Somit relativ hohe Werte der thermoelektrische Leistung der obigen Verbindung BaSi ₂ sollte in einer wesentlichen Erhöhung in der Gesamtzusammensetzung der thermoelektrische Leistung führen. Dies wird weiter durch die Tatsache gestützt, dass Halbleitern, für die Bereiche Valenz- und / oder Leitungsbändern dominiert Natur des Leitungsbandes von D-Typ aufweisen kann, die Fähigkeit, den hohen Wert des Seebeck zu kombinieren, oder thermoelektrische Leistungsfaktor, die typisch für Übergangsmetall-Legierungen, mit die Fähigkeit, ein optimales Niveau der Dotierung, die typisch für herkömmliche thermoelektrische Materialien. Möglicherweise haben einige Metall-Silizium - Verbindungen , die eine bevorzugte Kombination von Eigenschaften und Barium - Silizid BaS ₂ ist definitiv einer von ihnen (genauer, Barium disilicide).

(4) Die elektrische Leitfähigkeit der hergestellten Zusammensetzung gemäß Absatz (1) oben in Bezug auf Mg ₂ Si Magnesiumsilizids durch Licht verstärkt werden kann, moderate oder starke Dotierung unter Verwendung als Dopingmittel geeigneten Fremdatom oder Atome. Allerdings sollte die Dotierung mit größter Vorsicht durchgeführt werden, damit es nicht durch den Wert der thermoelektrischen Energie abbauen zu, S, bei höheren Temperaturen deutlich oberhalb der Raumtemperatur.

(5) Die thermoelektrische Leistungsfaktor kann durch eine Zusammensetzung in Übereinstimmung mit den alternativen Komponenten der Formel weiteren Umfang erhöht werden vorbereitet:

_Seien Sie _{2u Ca 2V Sr 2W Ba 2Z} Mg _{2 (1-r) Si1-s Ge a Sn b Pb c} Sb d Bi e Se f Te g

wobei Ba und Pb ist und in ausreichend wesentlichen Atomanteilen, beispielsweise kleiner, nicht als etwa 80% der relevanten oder stöchiometrischen Mengen erforderlich ist, und wobei ein Teil des Ba und / oder ein Teil von Pb durch eines oder mehrere Elemente in Übereinstimmung mit den Anweisungen, ausgewählt sind Formel Zusammensetzung Zutaten. Dies kann in der thermoelektrischen Energie, thermoelektrischen Leistungsfaktor, mittlere Energiebandlücke und der durchschnittlichen Schmelztemperatur der resultierenden Zusammensetzung bis zu einem gewissen Anstieg führen. Jedoch eine signifikante Abnahme in den Atomanteilen von Ba und / oder Pb in der Zusammensetzung führt auf jeden Fall zu einer entsprechenden Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit des Gitters. Soweit möglich sollte dies vermieden werden. Daher wird jede eventuelle Substitution von Ba und / oder Pb, auch eine teilweise ein anderes Element oder Elemente verwenden, müssen auf ein absolutes Minimum reduziert werden, um nicht negativ auf die Wärmeleitfähigkeit des Gitters beeinflussen. Wärmeleitfähigkeit absolutes Minimum Gitter führen könnte, und das absolute Minimum Gesamt Wärmeleitfähigkeit Die ideale Lösung wäre die vollständige Beseitigung jeglicher Art von Substitutionen von einem der Elemente sein, das heißt, Barium oder Blei, die an oder liefern. Aus diesem Grund Legierung oder eine feste Lösung von Magnesium-Silizium-Blei-Barium oder Base ist von zentraler Bedeutung, Ausführung der vorliegenden Erfindung. Thermoelektrische Gütezahl der obigen Zusammensetzung:

kann mit folgender Formel berechnet werden:

(1) Zusammensetzung, hergestellt nach der Verfassungs Formel:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x}

wobei r von 0,1 bis 0,4 variiert, und x variiert 0,1-0,3, sollte eine minimale Gesamt Wärmeleitfähigkeit aufweisen

k = k _tot = 0,002 W · cm ^-1 · K ^-1

bei etwa Raumtemperatur. Es kann ungefähr gleich dem Minimalwert der Wärmeleitfähigkeit des Gitters betrachtet werden.

(2) Da die definierte Zusammensetzung in Übereinstimmung mit der obigen Grundformel ist , im wesentlichen aus Magnesium - Silizid besteht, Mg ₂ Si, können wir annehmen , dass es die gleiche thermoelektrische Leistung hat, und der Leistungsfaktor, wie Magnesiumsilicid. Die experimentell gemessenen Leistungswert für Mg ₂ Si - Verhältnis wurde bestimmt:

PF = S ² = 5,4 × 10 ^-3 W m ^-1 K ^-2

Daher, bei einer Temperatur von 760 K., die thermoelektrische Leistungsfaktor ist:

und die dimensionslose thermoLeistungsFaktor ist gleich:

ZT = 2,7 × 10 ^-2 × 760 = 20,52

Da sich die besten über thermoelektrische Materialien bekannt oder heute verwendet werden, wie zum Beispiel _Si 0,7 Ge 0,3, Mg _2Sn x Sn _1-x, und andere nicht erlauben , im Wesentlichen den Wert überschreiten ZT = 1, ZT - Wert erhalten für die Zusammensetzung vorliegt Durchbruch auf dem Gebiet der thermoelectricity.

Diese Analyse würde ohne die Berechnung der Effizienz der thermoelektrischen Umwandlungsvorrichtung Energie enthält, die obige Zusammensetzung nicht vollständig sein. Die folgende Gleichung, die in der Technik gut bekannt ist, kann verwendet werden, die Effizienz zu berechnen:

und wobei S ² Es hängt von der elektronischen Eigenschaften und k abhängig ist, fast vollständig, wenn nicht elektronische Wärmeleitfähigkeit auf den Gittereigenschaften berücksichtigen. Indem Substitutionen in Gleichung (1) unter Verwendung der Gleichungen (2) und (3) und nach dem mathematischen Manipulationen kann das folgende Ergebnis erhalten werden:

Für einen begrenzten Fall, wenn der Wert von T _c den Wert _T h nähert, erhalten wir

und

und somit erhalten:

Der erste Term in den Klammern auf der rechten Seite der Gleichung (7) repräsentiert ein Verhältnis der Energieumwandlungswirkungsgrad eines idealen Wärmekraftmaschine zwischen einer maximalen Temperatur _T h und der Minimaltemperatur T _c, in Übereinstimmung mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik arbeitet. Er gilt als der Carnot-Wirkungsgrad bekannt. Unter der Annahme einer thermoelektrischen Energieumwandlungsvorrichtung, nämlich einen Stromgenerator, Betrieb zwischen einer heißen Übergangstemperatur von 800 K und einem kalten Verbindungstemperatur von 300 K, umfasst es ein Material mit einem Qualitätskomponente Z = 2,7 × 10 ^{-2 K -1} aufweist , und unter der Annahme, dass die vorhergehende Wert von Z bei 800 K anstelle von 760 K erhalten, die fast richtig ist, erhalten wir:

Die daraus resultierende höhere der Wirkungsgrad der Vorhalt Energieumwandlung sieht bevorzugt, wenn es mit dem besten Wert für konventionelle Kraftwerke, die derzeit in Gebrauch zu vergleichen, einschließlich gut gestalteten Kessel, Dampf- und Gasturbinen und Motoren und Diesel. Der Wert des Wirkungsgrades der Schritte Energieumwandlung kann genau berechnet werden wird, wenn anstelle von 800 K in der vorherigen Gleichung, wir die durchschnittliche Temperatur zwischen der heißen und kalten Verbindungen ersetzen, die bis zu 500 K. In diesem Fall gleich ist, wird eine genauere Berechnung unter Verwendung von Gleichung (4) Ausbeute:

Dieser Wert ist nützlich, Energie Conversion-Rate noch mehr Action als der vorherige Wert von 0,408. Somit kann in Bezug auf Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die folgenden Schlussfolgerungen zu machen.

Die Hauptausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Zusammensetzung, die Magnesium, Silicium, Blei und Barium gerichtet. Die Zusammensetzung kann bei der Herstellung von Thermoelemente oder Abgriffe von p-Typ und / oder n-Typ-Vorrichtung zur direkten Thermoenergieumwandlung verwendet werden, eine positive Rückzug negativen Hahn heiße Lötstelle und eine Kaltstelle umfasst. Da jedes der Elemente Magnesium und Barium chemisch reagieren und bildet eine Verbindung zu jedem der Elemente Silicium und Blei bzw. kann die Zusammensetzung als eine Legierung oder feste Lösung von intermetallischen Verbindungen, die Magnesium-Silizid, Magnesium plumbide, Barium Silicid und Barium plumbide angesehen. Als Legierung oder feste Lösung enthält erhebliche Atomanteile von sowohl Magnesium und Silizium, in dem stöchiometrischen Verhältnis von 2: 1, kann die Zusammensetzung als im wesentlichen aus Silizid Magnesium Mg ₂ Si angesehen werden, wobei ein Teil des Magnesiums durch Barium und ein Teil des Siliciums ersetzt wird durch Blei ersetzt. Die Zusammensetzung wird somit durch die folgende Formel Komponenten bestimmt:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x}

Alternative oder einen breiteren Anwendungsbereich der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist, ist auf der obigen Formel basiert im Wesentlichen die Bauteile, aber davon dadurch unterscheidet, dass das Magnesium durch ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe ersetzt ist, die aus Beryllium, Calcium, Strontium und Barium, und dass ein Teil des Siliziums durch ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Germanium, Zinn, Blei, Antimon, Wismut, Selen und Tellur, wobei die resultierende Zusammensetzung von Bestandteilen durch die folgende Formel bestimmt wird, ersetzt:

_Seien Sie _{2u Ca 2V Sr 2W Ba 2Z} Mg _{2 (1-r) Si1-s Ge a Sn b Pb c} Sb d Bi e Se f Te g

wobei r = u + v + w + z und s = a + b + c + d + e + f + g.

Die Zusammensetzung nach den Hauptkomponenten der Formel definiert sind, nur vier Elemente umfasst, oder alternativ bestimmt Formel breiteren Komponenten 13 Elemente umfassen, können ohne die Einführung eines Dotierungsmittels oder Verunreinigung in unlegierter Form, dh verwendet werden. Wenn es jedoch notwendig, und es kann dotiert werden. Dies bedeutet, dass die Zugabe von Dotierungsmittel oder Verunreinigung nur in der Zusammensetzung für die Auswahl verwendet, falls erforderlich. Doping ist ein sehr heikles und komplexes Thema, und warum es sollte mit äußerster Vorsicht erfolgen. Es ist unbedingt notwendig, wenn die thermoelektrischen Eigenschaften und Strukturparameter optimiert werden können. Alle vorstehenden Aussagen beziehen sich offensichtlich auf n-Typ-Dotierung. Allgemein gesagt, Halbleiter, insbesondere, wenn sie als thermoelektrische Materialien verwendet werden, werden in der Regel den Maximalwert der thermoelektrischen Gütezahl zu erhalten, dotiert. Diese Zusammensetzung, die ein Halbleiter ist, somit ist keine Ausnahme. Jedoch in Bezug auf die Probe aus _{Magnesiumsilizid} durchgeführt neuere experimentelle _Arbeit, Mg ₂ Si, hergestellt Pulvermetallurgie - Technik, ergab extrem hohen Leistungsfaktor, die 5,4 × 10 ^-3 W m ^-1 K ^-2, die, wenn sie hochgerechnet, oder auf die Zusammensetzung angewendet wird , und in Kombination mit sehr niedrigen Gesamt Wärmeleitfähigkeit, nämlich 0,002 W · cm ^-1 · K ^-1, es möglich , die thermoelektrische Gütezahl Z = 2,7 × 10 ^-2 K ^-1 und dimensions zu erhalten Qualitätsindexwert ZT = 20,5 bei einer Temperatur von 760 K. Die Probe wurde undotierten n-Halbleiter, die die obigen Ergebnisse für Z und ZT-Werte mehr herausragende macht.

Der Hauptpunkt der vorliegenden Erfindung ist so, daß ausgezeichnete Ergebnisse erhalten wurden, oder sie können ohne jegliche Dotierung hergestellt werden. Da wir jedoch hier mit einem völlig neuen Aufstellung handelt, nämlich eine Legierung oder eine feste Lösung von Magnesium-Silizium-Blei-Barium, können wir nicht absolut sicher für die Dotierung der Notwendigkeit, oder in Abwesenheit eines solchen Bedürfnisses. Dies kann leicht oder mäßig dotierten Zusammensetzung erfordern. Die obigen experimentellen Daten in Bezug auf reines Magnesium-Silizid, führen jedoch zu dem ursprünglichen Ergebnis, dass n-Typ-Dotierung ist vermutlich nicht erforderlich, insbesondere für den Einsatz bei hohen Temperaturen. Jede definitive Schlussfolgerung in dieser Hinsicht muss auf konkreten experimentellen Daten beruhen in Bezug auf die Zusammensetzung selbst. Unabhängig von der Art der Herstellung oder die Herstellung der Zusammensetzung dazu neigen, immer eine n-Typ-Halbleiter sein, auch in den undotierten Zustand. Darüber hinaus wird sich dieser Trend in der Prävalenz n-Typ-Verhalten mehr und stärker ausgeprägt als die Temperaturerhöhung auf einem Niveau deutlich oberhalb der Raumtemperatur. Dies bekräftigt die primäre oder erste Schlussfolgerung, die n-Dotierung der Zusammensetzung, nicht wahrscheinlich ist, zu verlangen, insbesondere bei solchen Anwendungen, die eine relativ hohe Betriebstemperatur beschäftigen. Erreichen, oder die Zusammensetzung der p-Typ vorbereitet, erfordert dennoch mit einem Fremdatom oder eine p-Typ-Verunreinigungsdotierung, die in der Regel als Akzeptor klassifiziert wird. In diesem Fall kann die erforderliche oder starke Dotierung Legierungselement oder Elemente und / oder p-Typ-Verbindungen empfohlen. Im Hinblick auf die n-Typ-Verhalten vorherrschenden Trends Zusammensetzung zeigen, auch ohne Doping im Allgemeinen die Herstellung von p-Typ-Material ist in der Regel schwieriger als n-Typ-Material zu erhalten. Es ist daher notwendig, für schwere Dotieren von p-Typ-Zusammensetzung. Dies wird umso wichtiger Übergang mit ansteigender Temperatur auf ein Niveau deutlich höher als die Raumtemperatur gleich 298K p-Typ-Material in dem n-Typ-Verhalten zu verhindern.

Aus den oben genannten Gründen, und eine wirksamere Dotierung der allgemeinen Legierungselement vorzugsweise aus der Gruppe sein, die aus auf der linken Seite der Gruppe vorzusehen, Mg, Ca, Sr und Ba, dh Gruppe IA. Somit sind die Elemente ausgewählt als bevorzugte Dotierungsmaterialien oder eine p-Typ-Agenten, Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und Francium. Lithium ausgeschlossen, wenn sie als Akzeptor Dotierstoff oder einem p-Typ-Element, in der Praxis verwendet, da sie n-Typ-Eigenschaften aufweist, d.h. verhalten oder wirken als Donator. Diese Situation wird durch die Tatsache erklärt, dass die Atome von Lithium aufgrund ihrer relativ geringen Größe zwischen Host-Atomen in einem Teil an den Gitterpunkten angeordnet passieren, anstatt sie zu ersetzen. In ähnlicher Weise ist Frankreich nicht akzeptabel, weil sie beide instabil und radioaktiv ist. Somit ist es möglich, Auswahl von vier Elementen zu bilden, der die wirksamste und Materialien vom p-Typ oder Akzeptor-Verunreinigungen in der Zusammensetzung dotiertes empfohlen und welche Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium. Aufgrund der Tatsache, dass diese Elemente stark elektro sind, erwarten intensive heftigen chemischen Reaktion oder während der Eintritt in das Wirtsmaterial oder Zusammensetzung. Wenn es das ist unpraktisch, dann werden diese Elemente, nämlich Na, K, Rb und / oder Cs, können Verbindungen umgesetzt werden, unter Bildung mit einem anderen Element oder Elementen, bevorzugt Silizium und / oder Blei. In diesem Fall können ein oder mehrere dieser Elemente als teilweiser Ersatz oder Substitution von Magnesium und / oder Bariums verwendet werden. Die chemische Formel der Komponenten der resultierenden Zusammensetzung wird wie folgt aussehen:

_{Na 2u K 2v Rb 2w Cs 2y} Ba 2z Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x}

wobei r = u + v + w + y + z repräsentiert die Summe der Atomverhältnisse der Elemente, die Teil von Magnesium zu ersetzen, wobei der Wert von r von 0,1 bis 0,4 variiert, wobei die Summe von (u w + y + v +) variiert von 10 ^-8 bis 10 ^-1, wobei jeder der Werte von u, v, w und y von 0 bis 0,1 variiert, wobei z als 0,1 nicht weniger ist und wobei x 0,1-0,3 variiert. Die obige Legierungselemente des p-Typs, nämlich Na, K, Rb und Cs, sollen chemische Verbindungen mit Si zu bilden, und / oder Pb, im richtigen stöchiometrischen Verhältnis von 2: 1. Vier Legierungselement sollte insbesondere zu bilden , Verbindungen wie Na ₂ Si, K ₂ Si, Rb und Cs ₂ Si ₂ Si, um die obige Zusammensetzungsformel korrekt war. Jedoch in Wirklichkeit natürlich NaSi Zusammensetzungen gebildet, KSi usw. Daher sollte die Mischung aus Naturstoffen, wie zum NaSi und Na, um das Endprodukt zu erhalten , hergestellt werden, ein äquivalentes Na ₂ Si. Wenn beispielsweise angenommen , daß nur Na Mg in der schriftlichen Magnesiumsilizid Zusammensetzung Mg ₂ Si, der folgenden Formel ersetzt werden:

rNaSi + -RNA + (1-r) Mg ₂ Si-Na ₂ Mg _{2 (1-r) Si}

und die Legierung oder eine feste Lösung:

Mg ₂ Si _{1-x Pb x}

können wir schreiben:

r (NaSi) _{1-x + -RNA1-x + (1-r)} Mg ₂ Si _{1-x (NaPb) x + -RNA} x + ( 1-r) Mg _2Pb x = Na 2r Mg _{2 (1-r ) Si (1-x)Pb x}

Dies gibt eine Idee oder den Startpunkt für die Dotierung andere Dotierungselement verwendet wird. Ein ähnlicher Ansatz ist auf die Elemente anwendbar, oder vielmehr Verbindungen zur Dotierung vom n-Typ verwendet. Folglich Dotieren mit einem oder mehreren Elementen aus Na, K, Rb und / oder Cs, in reiner elementarer Form oder als Verbindungen mit einem anderen Element oder Elementen, vorzugsweise mit Si und / oder Pb, wie oben angegeben, ermöglicht liefern eine viel leistungsfähiger und effektive p-Typ-Dotierung, als zu den Gruppen von IIIA zu IIIb Periodensystems gehört eines der Elemente verwenden. Einige dieser Elemente als Legierungselemente oder p-Typ-Akzeptoren bekannt sind, sind einige Geber, und einige weisen unvorhersehbares Verhalten aufgrund des Fehlens von experimentellen Daten und besser, sie nicht zu verwenden. Die Möglichkeit der Verwendung der Legierungselemente in dem p-Typ-Bereich oberhalb des Periodensystems, beispielsweise nur für Cu und Ag. Andere Elemente, wie Fe, Al, Ga und In, sind die Legierungselemente vom n-Typ. In Bor die duale Natur der Auswirkungen zeigt, manchmal wirkt es als Spender, und manchmal, als Akzeptor auf der Dotierung abhängig, oder Änderungen in der Konzentration von Ladungsträgern. Es wurde festgestellt, dass es verwendet werden kann, die Ladungsträgerkonzentration vom p-Typ zu steuern. Normalerweise führt dies zu höheren Ladungsträgerkonzentration vom p-Typ. Bor somit verwendet werden, um die Wirksamkeit der p-Dotierung zu erhöhen, entweder allein oder in Kombination mit anderen Dotierungsmitteln.

Herstellung der Zusammensetzung der n-Typ erfordert eine der folgenden drei Ansätze: das Material leicht dotiert sein können oder mäßig dotierten, oder es kann einfach in der Form verwendet werden, wie sie ist, ohne Dotierung überhaupt, dass vollständig undotiert ist. Die starke n-Dotierung wird somit eliminiert, da die Zusammensetzung zeigt das Verhalten und die Eigenschaften des n-Typ, auch in undotiertem Zustand. Im Allgemeinen wird, wenn n-Typ-Dotierung gewünscht oder notwendig, in welchem ​​Fall es durch Einführen eines Teils oder der Einführung eines Fremdatoms durchgeführt werden, die üblicherweise als Donator oder n-Typ-Elements klassifiziert wird. Für ein leistungsfähiges und effektives Dotieren im allgemeinen das Dotierungsmittel, oder ein Material bevorzugt ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe rechts von diesem, die Si und Pb gewählt enthalten sollte, das heißt Gruppen VB, VIB und VIIB des Periodensystems der Elemente. Daher werden die Elemente als Dotiermittel oder n-Typ-Mittel verwendet werden, sind vorzugsweise Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon, Bismut, Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur, Polonium, Fluor, Chlor, Brom, Jod und Astat. Polonium und Astat Ferner kann eliminiert werden, weil sie radioaktiv sind. Fluor- und auszuschließen wegen seiner extrem hohe Reaktivität, da es das am meisten elektronegative Element im Periodensystem ist. Somit gibt es eine Liste von zwölf Elemente, aus denen die wirksamsten und am meisten empfohlene Materialien zur Dotierung n-Typ-Verunreinigungen oder Spender Zusammensetzung zu wählen. Somit umfassen die bevorzugten Materials oder der Materialien der n-Typ-Dotierung ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon, Bismut, Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur, Chlor, Brom und Jod. Diese Elemente können entweder in ihrer reinen elementaren Form verwendet werden, außer Stickstoff, Sauerstoff und Chlor, die gasförmig sind oder als Verbindungen mit einem anderen Element oder Elementen, vorzugsweise mit Mg und / oder Ba. Falls Dotierstoffe oder n-Typ-Mittel als eine Verbindung mit Mg verabreicht werden und / oder Ba, dann ist die chemische Formel der Komponenten der resultierenden Zusammensetzung die Form haben:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-s Pb a N b P c} Wie d Sb e Bi f O g S h Se i Te j Cl k Br l I m

Da die Reaktion von gasförmigen Elementen Stickstoff, Sauerstoff und Chlorverbindungen mit Magnesium zur Bildung und / oder Barium, ein viel komplexer chemischer Prozess ist, können diese drei Elemente aus der Liste der Dotierungsmaterialien gelöscht werden und somit die folgende erhalten, wird ein einfacher und praktischer Formel Komponenten :

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-s Pb a P b als c} Sb d Bi e S f Se g Te h Br i I j

wobei s = a + b + c + d + + g + h e + f + i + j die Summe der Atomverhältnisse der Elemente darstellt, die ein Teil des Siliciums zu ersetzen, wobei s von 0,1 bis 0,3 variiert, wobei die Summe von ( b + c + d + e + f + g + h + i + j) im Bereich von 10 ^-8 bis 10 ^-1, wobei jeder der Koeffizienten b, c, d, e, f, g , h, i und j sie variiert von 0 bis 0,1, in dem nicht weniger als 0,1 und wobei r variiert von 0,1 bis 0,4.

All die vorangehende Analyse in Bezug auf die Herstellung von Mischungen von Verbindungen und Elemente in der Praxis verwendet, um das korrekte stöchiometrische Verhältnis von 2: 1 beizubehalten zur Dotierung vom p-Typ, ist gleichermaßen auf n-Typ-Dotierung. Dotieren nach obigen Formel Komponenten stellt eine effizientere n-Typ-Dotierung, als jedes der Elemente unter Verwendung von zu den Gruppen von IIIA zu IIIB gehören, im Periodensystem. Von diesen Elementen experimentell bestätigt, die Verwendung der Legierungselemente als n-Typ nur Au, Al, In und Fe. Somit können die obigen Formel Komponenten, bestehend aus neun Dotierungselemente, dh Phosphor, Arsen, Antimon, Bismut, Schwefel, Selen, Tellur, Brom und Jod, liefert die Grundlage für eine effizientere und leistungsfähigen Dotierung vom n-Typ als die einzelnen Elemente: Au, Al, in und Fe, nur in Form von reinen Elementen verwendet. Jedoch ist es möglich, eine Kombination von Legierungsmittel zu verwenden, der sich aus einfachen Elementen und / oder Verbindungen davon, oder andere Elemente, vorzugsweise mit Mg und / oder Ba, und es gibt keine Beschränkungen in dieser Hinsicht.

Die Zusammensetzung kann jedoch durch Einführung eines Überschusses an Magnesium, Silicium, Blei und Barium in überschüssiger Menge oder Inhalt des gewünschten stöchiometrischen Verhältnis dotiert werden. Grundsätzlich wirkt sich ein Überschuß an Mg oder Ba die n-Typ-Material, das heißt, n-Typ-Dotierung, während ein Überschuß an Si oder Pb ein Material vom p-Typ erzeugt, und es ist ein p-Typ-Dotierung. Mg, Si, Pb oder Ba, oder durch die Einführung eines Fremdatoms oder Element: Somit Dotierung können im allgemeinen durch Erzeugung eines Überschuß oder Mangel an einem der vier Hauptbestandteile erreicht werden. Dotieren mit einem Fremdelement wird bevorzugt, da es eine bessere Kontrolle über die Konzentration der freien Ladungsträger und eines Leitfähigkeitstyps p-Typ oder n-Typ-Zusammensetzung zur Verfügung stellt. Die Menge des Dotierungsmittels oder Verunreinigung in der Zusammensetzung der eingeführt wird , wie oben angegeben, muss reguliert werden , um in der Konzentration der freien Ladungsträger zu führen ist vorzugsweise im Bereich von 1 × ^{15-05 Oktober} × ^{20. Oktober} Träger pro Kubikzentimeter. Das Legierungselement oder -mittel kann entweder in seiner reinen elementaren Form eingeführt werden, oder als Verbindungen mit Mg und / oder Ba, oder als eine Verbindung mit Si und / oder Pb, je nachdem, ob die Dotierung vom n-Typ oder p-Typ . In mehr Legierungselemente oder Verbindungen können zur Erzielung der besten Ergebnisse als Alternative verwendet werden. Dies gilt sowohl für n-Typ-Dotierung und einer p-Dotierung, und ist sehr bedeutsam, da die Zusammensetzung im wesentlichen aus vier Elementen mit signifikanten Unterschieden in Atomgewicht besteht, das Volumen durch die Atome besetzt, Elektronegativität und elektronischen Strukturen. Somit kann die ideale chemische Formel der Komponenten zurückzuführen auf die p-Typ dotiert ist und / oder n-Typ, in der Regel ist eine Formel, die eine Kombination der obigen Formeln ist die entsprechende Dotierung von p-Typ-Definition und n-Typ. Die allgemeine Formel Bestandteile Legieren kann somit wie folgt geschrieben werden:

_{Na 2u K 2V Rb 2W Cs 2j} Ba 2Z Mg _{2 (1-r) Si1-s Pb s P b als c} Sb d Bi e S f Se g Te h Br i I j

wo Klein atomaren Anteilen durch die jeweiligen Elemente dargestellt, während der Wert von r = u + v + w + y + z von 0,1 bis 0,4 variiert, wobei die Summe (u + v + w + y) variiert von 10 ^--18 bis 10, wobei jeder der Werte u, v, w und y von 0 bis 0,1 variiert, ist Z - Wert nicht weniger als 0,1, wobei s a + b + c + = d + e + f + g + h + i + j variiert von 0,1 bis 0,3, während der (b + c + d + e + f + g + h + i + j) von 10 ^{-8 bis} 10 ^{-1 liegt,} wobei jede der b Werte, c, d, e, f, g, h, i und j variiert von 0 bis 0,1 ist, und wobei nicht weniger als 0,1. Die obige Formel definiert die gesamte Spektralkomponenten Dotieren vom p-Typ und n-Typ, insbesondere, wenn das Legierungselement oder die Elemente als Verbindungen mit einer oder mehreren der basischen Bestandteile Mg, Si, Pb und Ba eingeführt werden. Leitfähigkeitstyp p-Typ und n-Typ als Ergebnis erhalten werden, von den breiten Umfang der Formel Komponenten bestimmt wird basierend auf den relativen Anteilen der Dotierungselemente, die links von Barium und rechts von Pb. Ferner sollte betont werden, dass sowohl Ba und Pb nicht als Dotierungselemente betrachtet werden. Im Gegenteil, sie sind die Hauptbestandteile der Zusammensetzung.

Состав может иметь форму монокристалла или может быть поликристаллическим. Монокристаллический материал проявляет тенденцию более высокой мобильности электронов ввиду отсутствия границ зерен и, следовательно, обладает более высоким уровнем электропроводности. Нелегированный поликристаллический материал или образец n-типа, приготовленный с использованием технологии порошковой металлургии, включая одноосное холодное прессование, под давлением приблизительно 10 МПа, с последующим обжигом при температурах от 1073К до 1200К в атмосфере газообразного аргона, будет обладать очень высокой термоэлектрической мощностью и очень высоким значением термоэлектрического коэффициента мощности. В действительности, для этого материала было измерено значение термоэлектрического коэффициента мощности, которое в десять раз превышает значение другого образца, приготовленного с использованием технологии металлургического плавления. Приведенные выше данные относятся к образцам из чистого силицида магния Mg ₂ Si. Однако эти данные можно безопасно расширить на состав, описанный в настоящем описании, поскольку он, по существу, состоит из силицида магния. Приготовление состава в форме монокристалла является труднодостижимым из-за того, что он, по существу, представляет собой четвертной сплав или твердый раствор, состоящий из четырех элементов с очень значительным различием атомарных весов, объемов, занимаемых атомами, валентностей и уровней электроотрицательности, что отрицательно влияет на ограниченную растворимость так, что получающиеся в результате четыре отдельных интерметаллических соединения, силицид магния, плюмбид магния, силицид бария и плюмбид бария, могут отрицательно влиять друг на друга и не давать возможности сформировать такой монокристалл. Использование, например, технологии Бриджмена для выращивания кристалла, вероятно, может в лучшем случае привести к получению поликристаллического материала, состоящего из множества крупных зерен. По-видимому, лучший способ получения состава в форме одиночного кристалла состоит в использовании способа теплового обмена, известного как СТО, который описан выше в настоящем описании.

Приготовление состава с помощью способа металлургического плавления должно выполняться в атмосфере инертного газа, предпочтительно аргона, для полного исключения или устранения воздействия атмосферного кислорода. Давление газообразного аргона следует поддерживать предпочтительно на уровне от 2 до 30 физических атмосфер для подавления или предотвращения потери магния, из-за его высокой летучести и последующего отклонения от стехиометрического соотношения получаемого в результате материала. Кроме того, приготовление состава с помощью технологии порошковой металлургии предпочтительно выполняют таким образом, что воздействие воздуха или атмосферного кислорода полностью устраняют или исключают. Таким образом, процесс порошковой металлургии предпочтительно выполняют в условиях инертного газа, предпочтительно аргона. Кроме того, снова отметим, что для обеспечения долговременной работы состава при использовании его для изготовления ножек, отводов или термоэлементов устройств для прямого термоэлектрического преобразования энергии, независимо от способа изготовления: порошковой металлурги или металлургического плавления, требуется полностью устранить воздействие атмосферного кислорода. Таким образом, в качестве первого варианта выбора или минимального требования могла бы быть строго рекомендована работа в условиях абсолютного вакуума.

Мы работаем с составом, который является в чрезвычайной степени уязвимым или подверженным окислению при воздействии воздуха атмосферы. Это подтверждается тем фактом, что, в частности, две из составляющих состава, а именно магний и барий, имеют чрезвычайно высокое сродство с кислородом из-за значительных различий электроотрицательности между ними и кислородом. Конечно, чем выше рабочая температура, тем сильнее становится вышеуказанная уязвимость состава к окислению. Для предотвращения окисления может потребоваться обеспечить работу в условиях газообразного аргона, атмосферу которого поддерживают при определенном давлении, например несколько физических атмосфер, а и для подавления возможной потери магния, которая может происходить из-за постепенной сублимации, в частности, когда состав подвергают воздействию высоких рабочих температур. Если приведенные выше два возможных варианта не являются приемлемыми на практике, тогда можно использовать заключение термоэлементов, отводов или выводов в капсулу для предотвращения непосредственного контакта термоэлементов с воздухом или кислородом атмосферы, а и для подавления возможной постепенной потери магния из-за сублимации. Подробно такой способ заключения в капсулу был описан выше в настоящем описании. Такое решение, вероятно, является лучшей альтернативой или вариантом выбора.

Вообще говоря, для улучшения рабочих характеристик необходимо предпринять следующие меры, которые приводят к более эффективному и ускоренному промышленному производству устройств, предназначенных для прямого термоэлектрического преобразования энергии, содержащих состав:

(1) Использование технологии тонких пленок и технологии интегральных микросхем, а и заключение в капсулу при изготовлении новых устройств. Работа этих устройств в условиях абсолютного вакуума и/или в атмосфере газообразного аргона, поддерживаемого под относительным давлением 2-5 физических атмосфер, и представляет собой возможные альтернативы заключения в капсулу, в случае, когда последнее окажется непрактичным или трудновыполнимым. Кроме того, использование поверхностной обработки, такой как нанесения напыления, покрытия или покраска, полностью исключено. Дополнительный материал покрытия, нанесенный на поверхность, наиболее вероятно будет диффундировать с течением времени внутрь выводов, отводов или термоэлементов термоэлектрических устройств, в особенности, если эти устройства работают при относительно высоких температурах. Такая диффузия может привести к нежелательному легированию, что может ухудшить теплофизические свойства материала и, весьма вероятно, и термоэлектрические рабочие характеристики указанных выше устройств. Таким образом, возможны только три варианта работы устройств: абсолютный вакуум, атмосфера газообразного аргона, поддерживаемая под определенным давлением, например, предпочтительно от 2 до 5 физических атмосфер или заключение в капсулу.

(2) Использование при изготовлении новых устройств технологии ФСМ или функционально сортированных материалов. Эта технология основана на концепции, в которой концентрация свободных электронов во всем термоэлементе или в отводе термоэлектрического устройства от перехода с высокой температурой Т _h до перехода с низкой температурой Т _c должна быть отрегулирована так, чтобы электропроводность при температурах, преобладающих в различных участках термоэлемента или отвода, оставалась постоянной. В полупроводниках электропроводность обычно повышается при снижении температуры. Поэтому для удовлетворения требования обеспечения постоянного уровня электропроводности необходимо изготавливать термоэлементы или отводы с переменным содержанием примесей или уровнем легирования или строить их из нескольких частей, так что каждая часть имеет постоянное, но отличающееся содержание примесей. В низкотемпературной зоне содержание примесей или уровень легирования должен быть ниже, чем в высокотемпературной зоне. Благодаря этому и можно обеспечить поддержание постоянного значения термоэлектрической мощности S. Следовательно, термоэлектрический коэффициент мощности S ² и остается приблизительно постоянным. Кроме того, поскольку общая теплопроводность не претерпевает каких-либо существенных изменений при изменении температуры от горячего к холодному переходам, термоэлектрический показатель качества Z и будет оставаться, по существу, постоянным, между горячим и холодным переходами. При этом способ ФСМ состоит в следующем: необходимо поддерживать постоянное значение показателя качества Z во всем термоэлементе или отводе для получения максимальных значений общих рабочих характеристик термоэлектрического устройства преобразования энергии, вообще. Для того чтобы лучше это понять, следует отметить, что термоэлектрическая мощность S в заданной эффективной массе m* определяется отношением: . Это можно получить из следующего уравнения для коэффициента Зеебека, которое хорошо известно в данной области техники:

wobei m * die effektive Masse der Ladungsträger ist, der n - Konzentration von Ladungsträgern, T - absolute Temperatur, q - Elektronenladung, die k - Boltzmann-Konstante, h - die Plancksche Konstante und r ist eine Konstante, die von der Art der Trägerstreuung abhängt, wie sie sich bewegen durch das Material, r = 0 für eine perfekte kovalenten Gitter, während r = 2, in Gegenwart von Verunreinigungen. Aus dieser Gleichung ist, dass die thermoelektrische Energie kann durch Substituieren Verunreinigungen in das Gitter oder in geringerem Maße verbessert oder verstärkt werden, um Stoffe mit einer großen effektiven Masse zu wählen. Auf der anderen Seite führt die Anzahl der Ladungsträger Erhöhung zu einer Verringerung der thermoelektrischen Energie, während das Gegenteil für eine Temperaturerhöhung der Temperatur wahr führt zu einem Anstieg in der thermoelektrischen Energie. Aus diesem Grund sind Metalle (n = ^{22. Oktober} Träger pro Kubikzentimeter) haben eine weit schlechtere thermoelektrische Leistung als Halbleiter (n = ¹⁹ -10 ^{18. Oktober} Träger pro Kubikzentimeter).

SPM-Technologie, hauptsächlich verwendet, um die elektrische Leitfähigkeit aufrechtzuerhalten konstant über den Thermoelementen, Zweige oder Beine einer thermoelektrischen Vorrichtung, von der heißen Kreuzung an der kalten Verbindungsstelle. Somit ist Leitfähigkeits die einzige thermo Eigenschaft, die streng kontrolliert, um seine auf einem konstanten Niveau gehalten wird gewährleisten, durch Variieren der Elektronenkonzentration, Verunreinigungsgehalt oder Dotierungsgrad, von einem niedrigeren Wert an der kalten Temperaturzone auf einen höheren Wert an der heißen Temperaturzone. Folglich ist die thermoelektrische Leistung, die sonst deutlich den Übergang von kalt nach warm Übergang erhöhen muß deutlich kleiner Änderungen oder Variationen unterziehen. Dies gilt für den thermoelektrischen Leistungsfaktor und dem thermoelektrischen Gütezahl. Es ist nicht, dass die beiden oben genannten Parameter gewährleistet, nämlich die PF und die Z wird in den Thermoelementen, Zweige oder Beine genau konstant gehalten werden. Dies ist hauptsächlich auf die Tatsache zurückzuführen, dass sowohl die elektrische Leitfähigkeit und die thermoelektrische Leistung verschiedenen physikalischen Gesetzen gehorchen, in der Bestimmung ihrer Abhängigkeit von der Ladungsträgerkonzentration oder Verunreinigungen, und der Temperatur.

auf die elektrische Leitfähigkeit steigt und sinkt mit steigender Temperatur der thermoelektrischen Energie: Es sollte die folgenden grundlegenden Konzepte berücksichtigen. Umgekehrt, je niedriger die Temperatur der thermoelektrischen Energie verringert und die elektrische Leitfähigkeit zunimmt. Daher, wie im Fall der Steuerung zu verhindern, dessen elektrische Leitfähigkeit von der kalten Zone fällt, um die heiße Zone eines Thermoelements wird dasselbe in Bezug auf die thermoelektrische Leistung durchgeführt, die jedoch aufgrund der Unterschiede bestimmen seine physikalischen Gesetzen wie folgt verhalten würde:

wobei _k el und _k ph sind die elektronischen und Phonon - Komponenten der gesamten Wärmeleitfähigkeit. Somit, unabhängig von der Tatsache, daß die elektrische Leitfähigkeit konstant gehalten wird, wie in Übereinstimmung mit der Technologie der SPM erforderlich, die Thermokraft, thermoelektrischen Leistungsfaktor und die thermoelektrische Gütezahl tatsächlich einige Änderungen, obwohl in diesem Fall in einem geringeren Ausmaß als sie sein könnten. Konstante Leistungsfaktor und ein konstanter Wert des Qualitätsindikators in den Wasserhahn, Schlussfolgerungen oder Thermoelemente einer thermoelektrischen Vorrichtung stellt die ideale Situation, die keinen Zweifel an Maximierung von nützlichen Eigenschaften aus der Verwendung des Verfahrens von SPM resultierenden führen würde. Allerdings ist diese Methode oder Technik, führt sicherlich zu einigen Verbesserungen in der Leistung des thermoelektrischen Energieumwandlungsvorrichtungen. Daher ist seine Verwendung sehr zu empfehlen.

(3) Die bevorzugte Verwendung SRT im Vergleich mit dem herkömmlichen Bridgman-Kristallzüchtungstechnologie oder andere Technologien zur Formulierung in Form von Einkristallen, falls erforderlich.

(4) Eine bevorzugte Verwendung von Pulvermetallurgietechniken im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren metallurgischen Schmelzen oder Gießen Zusammensetzung in der Herstellung.

(5) Eliminierung des Einflusses jeglicher Art auf die Zusammensetzung des Luftsauerstoff als bei seiner Herstellung durch ein beliebiges Verfahren, so lange bei seiner Arbeit als Material für thermoelektrische Energieumwandlung.

(6) Die Vermeidung aller Arten von unerwünschten Dotierung oder Kontamination mit Verunreinigungen, die während der Alien-Zubereitung oder die Zusammensetzung erhalten jede Technologie.

(7) Die Vermeidung einer Abweichung von den stöchiometrischen Werten, die vor allem durch den Verlust von Magnesium durch Verdampfung oder Sublimation sowohl während der Herstellung und während der Langzeitbetrieb der Zusammensetzung.

(8) Herstellung von Pulver, die für die Verwendung in der Pulvermetallurgie, wenn sie mit der Verwendung neuer Technologie durchgeführt wird, einschließlich der Synthese von Legierungen Vorstufen der allgemeinen Zusammensetzung der Ba-Mg-Si-Pb, Mitteln Co-Abscheidung aus wässrigen Lösungen und unter Verwendung von Verfahren der organometallischen Komplexe, anschließende Reduktion mit Wasserstoff Vorläufern für Legierungen in Form eines dünnen polykristallinen Pulver. Dies verhindert, dass die Notwendigkeit, eine Planetenkugelmühle zu verwenden, um die gewünschten Pulver und ausgeschlossen und die daraus resultierende Kontamination von Eisen herzustellen.

(9) Wenn die obige Technologie würde zur Herstellung der Pulver nicht geeignet für das pulvermetallurgische Verfahren durchzuführen, sollten die Pulver vorzugsweise die Gaszerstäubung unter Verwendung von Verfahren hergestellt werden, die in der Technik der Pulvermetallurgie bekannt. Gaszerstäubung ist im Allgemeinen weniger teuer als das Verfahren der rotierenden Elektrode BOO (REP) und ermöglicht kugelförmige Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 100 Mikrometer zu erhalten, die kleiner ist als die Größe als Ergebnis erhalten des Verfahrens der Plasma rotierenden Elektrode SPVE Verwendung (PREP), ein und ein Verfahren zur Atomisierung Wasser. Zusätzlich Verunreinigung der Oxide beträgt etwa 120 ppm, als praktisch vernachlässigbar. Somit erzeugt Gaszerstäubung Partikel, die gute Verpackung und Fließeigenschaften und Ausstellungsebenen der theoretischen Dichte und einer Klopfdichte haben, 60-65% der theoretischen Bereich bildet. Daher ist das Zerstäubungsgas die beste alternative Verfahren zur Synthese von Vorstufen in Absatz (8) oben.

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Vorrichtungsherstellungsverfahren zum direkten Thermoenergieumwandlung, bestehend aus einem Hahn oder der Thermosäule p-Typ-Drain oder Thermoelement vom n-Typ, eine heiße Lötstelle und einer kalten Lötstelle, umfassend die Verwendung einer Zusammensetzung bei der Herstellung einer oder beider laterals Vorrichtung , bei der die Zusammensetzung in ihrer umfassendsten Form von Magnesiumsilicid Mg ₂ Si zusammengesetzt ist, wobei ein Teil des Magnesiums durch ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe von Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Calcium, Strontium und Barium besteht , ausgewählt wird, und wobei ein Teil des Siliziums durch ein oder mehrere Elemente ersetzt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bor, Germanium, Zinn, Blei, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon, Bismut, Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur, Chlor, Brom und Iod, wobei die Zusammensetzung bildet die folgende Formel:

_{Na 2q K 2t Rb 2u Cs 2V} 2W Ca 2x Sr 2j Ba 2Z mg _{2 (1-r) Si1-s B a Ge b Sn c} Pb d N e P f i As g Sb h Bi O j S k Se _{i Te m Cl n Br o i} p

wobei r = q + t + u + v + w + x + y + z die Summe der Atomverhältnisse der Elemente, die Teil von Magnesium ersetzen darstellt und wobei n = a + b + c + d + e + f + g + h + i + j + k + l + m + n + o + p bedeutet die Summe der Atomverhältnisse der Elemente, die Teil der Silizium ersetzen, r von 0,1 bis 0,4 variiert, wobei die Summe (q + t + u + v + w + x + y) im Bereich von 10 ^{-8 bis} 10 ^-1, die Werte von jedem von q, t, u, v, w, x und y variiert von 0 bis 0,1, z - nicht weniger als 0,1, wobei die Summe s = a + b + c + d + e + f + g + h + i + j + k + l + m + n + o + p im Bereich von 0,1 bis 0,3, (a + b + c + e + f + + h g + i + j + k + l + m + n + o + p) von 10 ^{-8 bis} 10 ^{-1 variiert,} und jeder Koeffizient, b, c, e, f, g, h, i , j , k, l, m, n, o und p variiert von 0 bis 0,1 ist und d mindestens 0,1 beträgt. Die obige Formel definiert die gesamte Spektralkomponenten p-Dotierung und n-Typ, insbesondere, wenn das Legierungselement oder die Elemente als Verbindungen mit einer oder mehreren der basischen Bestandteile eingebracht werden: Mg, Si, Pb und Ba. Leitfähigkeitstyp p-Typ und n-Typ, die erhalten werden, unter Verwendung der Formel Komponenten Vielzahl bestimmt werden basierend auf den relativen Anteilen der Dotierungselemente, die links von Mg und rechts von Si. Ausdrücklich ausgenommen sowohl Ba und Pb, da diese Elemente die grundlegenden Komponenten der Zusammensetzung ausmachen. Als solche können sie nicht als Dotierungselemente oder Mittel angesehen werden. Es sei noch einmal darauf hingewiesen werden , dass die freie Trägerkonzentration vorzugsweise im Bereich von 1 × ^{15-05 Oktober} × ^{20. Oktober} Träger pro Kubikzentimeter , um die thermoelektrischen Eigenschaften zu optimieren sein sollte. Dies gilt für alle anderen Komponenten der Formeln hierin. In dieser Ausführungsform wird der Bereich der freien Ladungsträgerkonzentration durch erneutes Einstellen der relativen Atomanteile der Elemente erreicht, die einen Teil des Magnesiums, außer Barium ersetzt, und jene Elemente, die Teil des Siliziums, außer Blei ersetzen.

In der vorhergehenden Ausführungsform und in der Beschreibung besagt, dass der Atomanteil von jedem von Barium und Blei, können die Elemente nicht kleiner als 0,1 oder 10%, unabhängig von der Anzahl der Elemente in dem Eingabeteil des Magnesiums und / oder einen Teil der zu ersetzen, Silizium. Dies ist zufällig, dass die thermische Leitfähigkeitswerte aus einer Zusammensetzung nahe an einem absoluten Minimum zu gewährleisten, durchgeführt. In der Tat, ein solcher Mindest kann Wärmeleitfähigkeit erhalten werden, wenn der atomare Anteil von Barium etwa im Bereich von 20% bis 25% beträgt, und daß die Leitung im Bereich von etwa 15% bis 20%. Da ferner die Wärmeleitfähigkeit, insbesondere die Gitterkomponente davon beginnt bei der Verabreichung von nur einer kleinen Atomprozentsatz von jedem der Elemente Barium und Blei, der vorgenannten Mindestatomanteil jedes dieser beiden Elemente sehr schnell zu fallen, nämlich 10% sorgt daß die thermische Leitfähigkeit der Zusammensetzung nicht wesentlich von dem absoluten Minimum abweicht.

Alle Komponenten der Formeln hierin beschrieben ist, unabhängig von der Anzahl der Bestandteile darin und Komplexität der Zusammensetzung, der Atomanteil von jedem der Elemente außer Mg, Si, Pb und Ba, kann null im Grenzfall sein. Als Ergebnis kann die folgende Formel erhalten werden:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x}

die, wie oben angedeutet, ist die Grundlage der vorliegenden Erfindung.

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Vorrichtungsherstellungsverfahren zum direkten Thermoenergieumwandlung, bestehend aus einem Hahn oder der Thermosäule p-Typ-Drain oder Thermoelement vom n-Typ, eine heiße Lötstelle und einer kalten Lötstelle, einer Zusammensetzung bei der Herstellung von Drain des n-Typs umfaßt die Verwendung und / oder p-Typ-Entladungsvorrichtung, wobei die Zusammensetzung enthält Magnesium Mg, Silicium, Si, Blei Pb, Ba Barium und gegebenenfalls ein oder mehrere zusätzliche Dotierungsmaterialien.

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur direkten Thermoenergieumwandlungs Herstellung, bestehend aus einem Wasserhahn oder der Thermosäule p-Typ-Drain oder Thermoelement vom n-Typ, eine heiße Lötstelle und einer kalten Lötstelle, einer Zusammensetzung bei der Herstellung von Drain des n-Typs umfaßt die Verwendung und / oder p-Typ-Entladungsvorrichtung, wobei die Zusammensetzung enthält Magnesium Mg, Silicium, Si, Pb Blei und Barium, Ba.

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Atomverhältnis von Barium, bezogen auf das maximale Atom stöchiometrische Verhältnis von Magnesium in Abwesenheit von Barium, variiert 0,1-0,4 und das Atomverhältnis von Blei relativ zur maximalen Atom stöchiometrische Verhältnis von Silicium, in das Fehlen von Blei, variiert 0,1-0,3, wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel verglichen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die erste der drei vorhergehenden Ausführungsformen der atomare Anteil von Barium, bezogen auf das maximale Atom stöchiometrische Verhältnis von Magnesium in Abwesenheit von Barium, variiert von 0,1 bis 0,4, und das Atomverhältnis von Blei durch relativ zur maximalen Atom stöchiometrischen Anteil an Silizium, variiert von 10 ^{-8 bis} 10 ^-1 0,1-0,3, während der atomaren oder molekularen Anteil des Dotierungsmaterial oder Materialien in der Zusammensetzung der Materie in Abwesenheit von Blei, ^variiert, und wobei die Konzentration der freien Ladungsträger im Bereich von 1 × ^{15-5 Oktober} × ^{20. Oktober} Träger pro Kubikzentimeter.

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie sie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel definiert ist, die zusätzliche Dotierungsmaterial oder Materialien zum Entfernen von n-Typ-Vorrichtungen umfassen ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon, Bismut , Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur, Chlor, Brom, Iod, Magnesium, Barium, Lithium, Gold, Aluminium, Indium, Eisen und / oder deren Verbindungen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie sie in dem ersten der beiden vorhergehenden Ausführungsformen definiert sind, die zusätzliche Dotierungsmaterial oder Materialien für die Entfernung von p-Typ-Vorrichtungen umfassen ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Silber, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Bor, Silicium, Blei und / oder deren Verbindungen.

In Bezug auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen und gezeigt, um zu beschreiben, können von dem Schutzbereich und der Wesensart der Erfindung abzuweichen, verschiedene Modifikationen gemacht werden, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert.

FORDERUNGEN

1. Ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung zur direkten Thermoenergieumwandlung, bestehend aus einem Zweig oder Thermoelement p-Typ-Zweig oder Thermoelement vom n-Typ, eine heiße Lötstelle und einer kalten Lötstelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung bei der Herstellung von n-Typ-Zweig und / oder Zweig p -Typs wobei die Vorrichtung, die Magnesium, Silicium, Blei und Barium enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung ein oder mehrere zusätzliche Dotierungsmaterialien.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Atomverhältnis von Barium, bezogen auf das maximale Atom stöchiometrische Verhältnis von Magnesium in Abwesenheit von Barium 0,1-0,4 variiert, und der Atomanteil an Blei, bezogen auf das maximale Atom stöchiometrische Verhältnis von Silicium in Abwesenheit von Blei variiert von 0,1 bis 0,3.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Atomverhältnis von Barium, bezogen auf das maximale Atom stöchiometrische Verhältnis von Magnesium in Abwesenheit von Barium 0,1-0,4 variiert, das Atomverhältnis von Blei relativ zur maximalen Atom stöchiometrische Verhältnis von Silicium in Abwesenheit von Blei sie variiert von 0,1 bis 0,3, und die atomaren oder molekularen Anteil des Dotierungsmaterial oder Materialien in der Zusammensetzung der Materie variiert von 10 ^-8 bis 10 ^-1, ist die Konzentration der freien Ladungsträger von 1 geändert × 10 ¹⁵ bis 5 10 ²⁰ Träger pro Kubik Zentimeter.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das zusätzliche Dotierungsmaterial oder Materialien für die p-Typ-Zweig der Vorrichtung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium, wobei die Legierungselemente oder Materialien chemisch reagieren Verbindungen mit Silicium zu bilden und / oder Blei, vor ihrem Eintritt in das Wirtsmaterial, und wobei die Zusammensetzung die folgende Formel aufweist Komponenten:

_{Na 2u K 2v Rb 2w Cs 2y} Ba 2z Mg _{2 (1-r) Si1-x Pb x,}

wobei r = u + v + w + y + z repräsentiert die Summe der Atomverhältnisse der Elemente, die Teil von Magnesium zu ersetzen, wobei r 0,1 bis 0,4 variiert, wobei die Summe von (u w + y + v +) variiert von 10 ^-8 bis 10 ^-1, wobei jedes von u, v, w und y von 0 bis 0,1 variiert, wobei z als 0,1 nicht weniger ist, wobei x 0,1 bis 0,3 variiert, und wobei die Konzentration der freien Ladungsträger von 1 · ^{15. Oktober - 10. Mai20} Träger pro Kubikzentimeter verändert.

6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei zusätzliche Legierungsmaterial oder Materialien für die n-Typ-Zweig der Vorrichtung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Phosphor, Arsen, Antimon, Bismut, Schwefel, Selen, Tellur, Brom und Jod, und Legierungsmaterialien Elemente oder chemisch reagieren Verbindungen mit Magnesium und / oder Bariums vor ihrer Einführung in das Wirtsmaterial und die Zusammensetzung der Komponenten hat die folgende Formel:

_Ba 2r Mg _{2 (1-r) Si1-s Pb a P b als c} Sb d Bi e S f Se g Te h Br i I j,

wobei s = a + b + c + d + e + f + g + h + i + j die Summe der Atomverhältnisse der Elemente darstellt, die ein Teil des Siliciums zu ersetzen, s 0,1 bis 0,3 variiert, wobei die Summe von (b + c + d + e + f + g + h + i + j) im Bereich von 10 ^-8 bis 10 ^-1, die jeweils b, c, d, e, f, g , h, i und j von 0 bis 0 variiert, 1 und nicht weniger als 0,1, variiert r von 0,1 bis 0,4 wird die Konzentration der freien Ladungsträger von 1 · ^{15. Oktober - 10. MAI20} Träger pro Kubikzentimeter verändert.

7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das zusätzliche Dotierungsmaterial oder Materialien, die für die n-Typ-Zweig und der p-Typ-Vorrichtungen kombiniert werden, zusammen, um eine Zusammensetzung zu ergeben, die folgenden Komponenten der Formel:

_{Na 2u K 2V Rb 2W Cs 2j} Ba 2z Mg _{2 (1-r) Si1-s Pb s P b als c} Sb d Bi e S f Se g Te h Br i I j,

wobei zusätzliche Legierungsmaterial oder -materialien Elemente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Na, K, Rb und Cs, und die aus der Gruppe ausgewählten Elementen aus P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Br und I, in denen tiefgestellten Indizes die Atomverhältnisse der entsprechenden Elemente darstellen, wobei r = u + v + w + y + z von 0,1 bis 0,4 variiert, wobei die Summe (u + v + w + y ) variiert von 10 ^-8 bis 10 ^-1 jedes u, v, w und y variiert von 0 bis 0,1, z beträgt nicht weniger als 0,1, s = a + b + c + d + e + f + g + h + i + j von 0 variiert, 1 bis 0,3, wobei die Summe (b + c + d + e + f + g + h + i + j) im Bereich von 10 ^-8 bis 10 ^-1, die jeweils b, c, d, e, f, g , h, i и j изменяется от 0 до 0,1, а не меньше 0,1, где тип полученной в результате электропроводности, представляющей собой p-тип или n-тип электропроводности, определяется относительными атомарными пропорциями элементов, расположенных слева от бария, и элементов, расположенных справа от свинца, в указанной формуле составляющих, в котором указанный дополнительный легирующий элемент или элементы вводят в материал-хозяин как соединения с одним или несколькими основными составляющими элементами: Mg, Ba, Si и Pb, а концентрация свободных носителей заряда изменяется от 1·10 ¹⁵ до 5·10 ²⁰ носителей на кубический сантиметр.

8. Способ по п.4, отличающийся тем, что указанный дополнительный легирующий материал или материалы для ветви n-типа указанного устройства содержат один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из азота, фосфора, мышьяка, сурьмы, висмута, кислорода, серы, селена, теллура, хлора, брома, йода, магния, бария, лития, золота, алюминия, индия, железа и/или их соединений.

9. Способ по п.4, отличающийся тем, что указанный дополнительный легирующий материал или материалы для ветви p-типа указанного устройства содержат один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из меди, серебра, натрия, калия, рубидия, цезия, бора, кремния, свинца, и/или их соединений.

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что r изменяется от 0,1 до 0,4, (1-r) изменяется от 0,6 до 0,9, х изменяется от 0,1 до 0,3, и (1-х) изменяется от 0,7 до 0,9, причем атомарная или молекулярная пропорция легирующего материала или материалов в указанном составе изменяется от 10 ^-8 до 10 ^-1 , а концентрация свободных носителей заряда изменяется от 1·10 ¹⁵ до 5·10 ²⁰ носителей на кубический сантиметр.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что дополнительный легирующий материал или материалы для ветви n-типа указанного устройства содержит один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из азота, фосфора, мышьяка, сурьмы, висмута, кислорода, серы, селена, теллура, хлора, брома, йода, магния, бария, лития, золота, алюминия, индия, железа и/или их соединений.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что дополнительный легирующий материал или материалы для ветви p-типа указанного устройства содержит один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из меди, серебра, натрия, калия, рубидия, цезия, бора, кремния, свинца и/или их соединений.

13. Способ изготовления устройства для прямого термоэлектрического преобразования энергии, содержащего ветвь или термоэлемент p-типа, ветви или термоэлемент n-типа, горячий переход и холодный переход, отличающийся тем, что используют состав при изготовлении ветви n-типа и/или ветви p-типа указанного устройства, который содержит силицид магния, Mg ₂ Si, где часть магния заменена барием и часть кремния заменена свинцом, причем состав представляет собой сплав или твердый раствор интерметаллических соединений, содержащих силицид магния, плюмбид магния, силицид бария и плюмбид бария и имеет следующую формулу составляющих:

Ba _2r Mg _2(1-r) Si _1-x Pb _x ,

где r, (1-r), (1-х) и х представляют атомарную пропорцию каждого из элементов: барий, магний, кремний и свинец в сплаве соответственно, а состав необязательно содержит один или несколько дополнительных легирующих материалов.

14. Способ изготовления устройства для прямого термоэлектрического преобразования энергии, содержащего ветвь или термоэлемент p-типа, ветвь или термоэлемент n-типа, горячий переход и холодный переход, отличающийся тем, что используют состав при изготовлении ветви n-типа и/или ветви p-типа указанного устройства, который содержит силицид магния, Mg ₂ Si, причем часть магния заменена барием и часть кремния заменена свинцом, причем указанный состав представляет сплав или твердый раствор интерметаллических соединений, содержащих силицид магния, плюмбид магния, силицид бария и плюмбид бария и имеет следующую формулу составляющих:

Ba _2r Mg _2(1-r) Si _1-x Pb _x ,

где r, (1-r), (1-х) и х представляют атомарную пропорцию каждого из элементов: барий, магний, кремний и свинец в сплаве соответственно.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что r изменяется от 0,1 до 0,4, (1-r) изменяется от 0,6 до 0,9, х изменяется от 0,1 до 0,3, и (1-х) изменяется от 0,7 до 0,9.

16. Способ изготовления устройства для прямого термоэлектрического преобразования энергии, состоящего из ветви или термоэлемента p-типа, ветви или термоэлемента n-типа, горячего перехода и холодного перехода, отличающийся тем, что используют состав при изготовлении ветви n-типа и/или ветви p-типа указанного устройства, который содержит силицид магния, Mg ₂ Si, причем часть магния заменена элементами, выбранными из группы, состоящей из бериллия, кальция, стронция и бария, и в котором часть кремния заменена элементами, выбранными из группы, содержащей германий, олово, свинец, сурьму, висмут, селен и теллур и имеет следующую формулу состава:

Be _2u Ca _2v Sr _2w Ba _2z Mg _2(1-r) Si _1-s Ge _a Sn _b Pb _c Sb _d Bi _e Se _f Te _g ,

в которой r=u+v+w+z представляет сумму атомарных пропорций элементов, которые заменяют часть магния, в которой s=a+b+c+d+e+f+g представляет сумму атомарных пропорций элементов, которые заменяют часть кремния, состав, необязательно, содержит один или несколько дополнительных легирующих материалов.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что r изменяется от 0,1 до 0,4, (1-r) изменяется от 0,6 до 0,9, каждый из u, v и w изменяется от 0 до 0,3, сумма (u+v+w) изменяется от 0 до 0,3, z - не меньше 0,1, s изменяется от 0,1 до 0,3, (1-s) изменяется от 0,7 до 0,9, каждый из a, b, d, e, f, и g изменяется от 0 до 0,2, сумма (a+b+d+e+f+g) изменяется от 0 до 0,2, и с не меньше 0,1, причем атомарная или молекулярная пропорция легирующего материала или материалов в указанном составе вещества.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что указанный дополнительный легирующий материал или материалы, используемые для ветви n-типа указанного устройства, содержат один или несколько элементов, выбранных из группы, содержащей азот, фосфор, мышьяк, сурьму, висмут, кислород, серу, селен, теллур, хлор, бром, йод, магний, барий, литий, золото, алюминий, индий, железо и/или одно или несколько их соединений.

19. Способ по п.17, отличающийся тем, что указанный дополнительный легирующий материал или материалы для ветви p-типа указанного устройства, содержит один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из меди, серебра, натрия, калия, рубидия, цезия, бора, кремния, свинца и/или их соединений.

20. Способ изготовления устройства для прямого термоэлектрического преобразования энергии, содержащего ветвь или термоэлемент p-типа, отводы или термоэлемент n-типа, горячий переход и холодный переход, отличающийся тем, что используют состав при изготовлении ветви n-типа и/или ветви p-типа указанного устройства, который содержит силицид магния, Mg ₂ Si, причем часть магния заменена одним или несколькими элементами, выбранными из группы, состоящей из бериллия, кальция, стронция и бария, а часть кремния заменена одним или несколькими элементами, выбранными из группы, содержащей германий, олово, свинец, сурьму, висмут, селен и теллур, и состав имеет следующую формулу составляющих:

Be _2u Ca _2v Sr _2w Ba _2z Mg _2(1-r) Si _1-s Ge _a Sn _b Pb _c Sb _d Bi _e Se _f Te _g ,

в которой r=u+v+w+z представляет сумму атомарных пропорций элементов, которые заменяют часть магния, и s=a+b+c+d+e+f+g представляет сумму атомарных пропорций элементов, которые заменяют часть кремния.

21. Способ по п.18, отличающийся тем, что r изменяется от 0,1 до 0,4, (1-r) изменяется от 0,6 до 0,9, каждый из u, v и w изменяется от 0 до 0,3, сумма (u+v+w) изменяется от 0 до 0,3, z не меньше 0,1, s изменяется от 0,1 до 0,3, (1-s) изменяется от 0,7 до 0,9, каждый из a, b, d, e, f, и g изменяется от 0 до 0,2, сумма (a+b+d+e+f+g) изменяется от 0 до 0,2, и с не меньше 0,1.

22. Способ изготовления устройства для прямого термоэлектрического преобразования энергии, состоящего из ветви или термоэлемента p-типа, ветви или термоэлемента n-типа, горячего перехода или холодного перехода, отличающийся тем, что используют состав при изготовлении ветви или термоэлемента одного или обоих типов указанного устройства, состоящего из силицида магния, Mg ₂ Si, где часть магния заменена элементами, выбранными из группы, содержащей натрий, калий, рубидий, цезий, бериллий, кальций, стронций и барий и где часть кремния заменена элементами, выбранными из группы содержащей бор, германий, олово, свинец, азот, фосфор, мышьяк, сурьму, висмут, кислород, серу, селен, теллур, хлор, бром и йод и имеет следующую формулу составляющих:

Na _2q K _2t Rb _2u Cs _2v Be _2w Ca _2x Sr _2y Ba _2z Mg _2(1-r) Si _1s B _a Ge _b Sn _c Pb _d N _e P _f As _g Sb _h Bi _i O _j S _k Se _l Te _m Cl _n Br _о I _р ,

где r=q+t+u+v+w+x+y+z представляют сумму атомарных пропорций элементов, которые заменяют часть магния и где s=a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n+o+p представляют сумму атомарных пропорций элементов, которые заменяют часть кремния, причем r изменяется от 0,1 до 0,4; (q+t+u+v+w+x+y) изменяется от 10 ^-8 до 10 ^-1 , каждый из q, t, u, v, w, x, y изменяется от 0 до 0,1, z имеет значение не менее 0,1, s имеет значение от 0,1 до 0,3, элементы (a+b+c+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n+o+p) имеют значения от 10 ^-8 до 10 ^-1 , каждый из а, b, с, е, f, g, h, i, j, k, l, m, n, o, p имеет значение от 0 до 0,1, d имеет значение не менее чем 0,1, при этом электропроводность в материале становится постоянной или p-типа или n-типа и определяется подбором соответствующих атомарных пропорций элементов, которые замещают часть магния, исключая барий, и теми, которые замещают часть кремния, исключая свинец, где каждый элемент или элементы вводятся в соединение с одним или более основными составляющими: магний, барий, кремний или свинец в основной материал и где концентрация носителя свободных зарядов изменяется от 1·10 ¹⁵ до 5·10 ²⁰ см ^-3 .

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Erscheinungsdatum 24.03.2007gg

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