Дослідження кінетичних характеристик чутливих елементів термоперетворювачів на основі Ti1-xMoxCoSb

Abstract

Виконано математичне моделювання та експериментальні вимірювання кінетичних та енергетичних характеристик чутливих елементів термоперетворювачів на основі термометричного матеріалу Ti1-xMoxCoSb у діапазоні температур 80–400 К. Попередні дослідження електрофізичних, енергетичних та структурних властивостей термометричних матеріалів, отриманих легуванням напівгейслерової фази TiCoSb атомами Ni та V, відповідно, показали, що вони володіють стабільними та відтворюваними характеристиками у температурному діапазоні 4,2–1000 К. Встановлено, що результати моделювання термометричних характеристик чутливих елементів на основі TiCo1-xNixSb та Ti1-xVxCoSb не узгоджувалися з результатами експериментальних вимірювань, що унеможливило їхнє використання для виготовлення чутливих елементів термометрів опору та термоелектричних перетворювачів. Моделювання електронної структури термометричних матеріалів Ti1-xMoxCoSb методом функцій Гріна (метод Корінги–Кона–Ростокера (KKR)) у наближенні когерентного потенціалу (Coherent Potential Approximation) та локальної густини (Local Density Approximation) з використанням ліцензованого програмного забезпечення AkaiKKR та SPR-KKR для обмінно- кореляційного потенціалу з параметризацією Moruzzi-Janak-Williams показало, що заміщення атомів Ti на Mo генерує у кристалі структурні дефекти донорної природи (у Mo більше 3d-електронів, ніж у Ti), а в забороненій зоні поблизу зони провідності εС утворюється домішковий донорний рівень (зона) 2D e. Експериментальні вимірювання електрокінетичних характеристик термометричних матеріалів Ti1-xMoxCoSb встановили наявність високотемпературних активаційних ділянок на залежностях питомого опору ln(ρ(1/T)), що вказує на розташування рівня Фермі εF у забороненій зоні напівпровідника, а це можливо за умови генерування акцепторів, які захоплюють вільні електрони, зменшуючи їхню концентрацію, та гальмують рух рівня Фермі εF до рівня протікання зони провідності εС. Отже, легування сполуки TiCoSb домішкою Mo призводить до генерування у кристалі структурних дефектів акцепторної та донорної природи. Встановлено механізми електропровідності чутливих елементів термоперетворювачів.

Mathematical modeling and experimental measurements of the kinetic and energy characteristics of the sensitive elements of thermo converters based on the thermometric material Ti1-xMoxCoSb in the temperature range 80-400 K was carried out. Previous studies of the electrophysical, energetic, and structural properties of thermometric materials obtained by doping the TiCoSb semi-Heisler phase with Ni and V atoms respectively have shown that they are inherent in the stable and reproducible characteristics at 4.2–1000 K. It was revealed that the results of modeling the thermometric characteristics of the sensitive elements based on TiCo1-xNixSb and Ti1-xVxCoSb did not agree with the experimental results. This made impossible to use the mentioned materials for the manufacturing the sensitive elements of resistance thermometers and thermoelectric transducers. Modeling of Electronic Structure of Ti1-xMoxCoSb Thermometric Material with help of The Korringa–Kohn–Rostoker (KKR) Green Function Method in Coherent Potential Approximation and Local Density Approximation using AkaiKKR and SPR-KKR Software of the exchange-correlation potential with the parameterization of Moruzzi-Janak-Williams have envisaged that the substitution of Ti at Mo generates structural defects of the donor nature in the crystal (Mo has more 3d electrons than in Ti), and in the bandgap near the conduction band εC impurity donor level (zone) 2D e. Measurements of the electrokinetic characteristics of Ti1-xMoxCoSb thermometric materials determined the presence of high-temperature activation sites on the specific resistance of ln(ρ(1/T)), indicating the location of the Fermi level εF in the Forbidden Zone of a Semiconductor, which is possible under the condition of generating acceptors that capture free electrons, reducing their concentration, and slowing the movement of the Fermi level to the level of the conductivity zone. Thus, doping the TiCoSb compound with the Mo admixture produces the generation of structural defects of the acceptor and donor natures in the crystal. Mechanisms of electrical conductivity of sensing elements of thermo converters are established.