Ученые НИТУ МИСИС предложили более экономичный и простой метод получения полупроводника на основе оксида цинка (ZnO) для использования в нагревательных устройствах и энергосиловом оборудовании. Материал с улучшенными характеристиками выдерживает температуры, превышающие 700°C.
Оксид цинка — полупроводник, обладающий отличными физико-химическими свойствами, как для создания термоэлектрических преобразователей, так и в качестве материала для высокотемпературного применения. Однако для более широкого применения термоэлектриков на основе ZnO требуется улучшить его электропроводность и снизить теплопроводность.
«Для улучшения качества материала мы добавили примеси, которые увеличивают концентрацию носителей заряда и образуют наноструктуры и дефекты, способствующие снижению теплопроводности. Главная задача — обеспечить равномерное распределение этих добавок и дефектов в объеме материала, а также достичь однородности зёренной структуры», — сказала к.х.н. Жанна Ермекова, научный сотрудник НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.
Исследователи НИТУ МИСИС провели эксперимент и выяснили, какой метод подходит для получения наиболее качественного материала. Вместо традиционного способа синтеза, который включает в себя смешивание в жидкой фазе и последующую термообработку, ученые предлагают использовать метод горения распыленного раствора. Он позволяет значительно упростить процесс, исключая стадию термообработки, сокращая энергозатраты и предотвращая нежелательное отделение легирующих элементов. Подробности исследования описаны в научном журнале Russian Journal of Applied Chemistry.
«Эксперименты показали, что фазовый состав оксида цинка однороден, независимо от используемого в технологии горения топлива: глицина, уротропина, мочевины или лимонной кислоты. Однако каждое из них влияет на морфологию получаемого продукта, например, глицин увеличивает пористость частиц, а мочевина приводит к их уплотнению», — сказал к.т.н. Сергей Росляков, старший научный сотрудник НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.
Исследование ученых НИТУ МИСИС демонстрируют, что синтез горением распыляемого раствора — многообещающий подход для получения однородного материала, который может значительно улучшить эффективность термоэлектриков.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда по гранту №. 22
