Барьерные слои на основе тугоплавких металлов в контактах высокотемпературных термоэлементов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложен электрохимический способ формирования контактов к высокотемпературным термоэлементам с барьерными слоями на основе сплавов тугоплавких металлов. Контакты предназначены для термоэлементов с рабочими температурами до 900 К. Получены и исследованы барьерные слои на основе сплавов: Ni–Mo; Co–Mo; Co–Mo и Ni–W, которые имели удельное сопротивление не более 15.3×10–8 Ом м, а удельное контактное сопротивление не более 1.5×10–9 Ом м2. Лучшие результаты получены для барьерных слоев на основе сплава Ni–Mo с содержанием Mo 36.5 мас.%. В качестве коммутационного слоя в контактах использовали пленки Ag, полученные электрохимическим осаждением. Установлено, что контакты являются термостабильными при предельных рабочих температурах термоэлементов и обладают адгезионной прочностью не менее 10.3 МПа.

Об авторах

Е. П. Корчагин

Национальный исследовательский университет “МИЭТ”, Москва, Россия

Email: eg.ad2013@yandex.ru

Ю. И. Штерн

Национальный исследовательский университет “МИЭТ”, Москва, Россия

Email: eg.ad2013@yandex.ru

И. Н. Петухов

Национальный исследовательский университет “МИЭТ”, Москва, Россия

Email: eg.ad2013@yandex.ru

М. Ю. Штерн

Национальный исследовательский университет “МИЭТ”, Москва, Россия

Email: eg.ad2013@yandex.ru

М. С. Рогачев

Национальный исследовательский университет “МИЭТ”, Москва, Россия

Автор, ответственный за переписку.
Email: eg.ad2013@yandex.ru

Р. М. Рязанов

Национальный исследовательский университет “МИЭТ”, Москва, Россия; Научно-производственный комплекс “Технологический центр”, Москва, Россия

Email: rmaks1988@yahoo.com

Список литературы

  1. Jaldurgam, F. F., Ahmad, Z., and Touati, F., Synthesis and performance of large-scale cost-effective environment-friendly nanostructured thermoelectric materials, Nanomaterials, 2021, vol. 11, no. 5, ID1091, p. 1.
  2. Liu, Z. and Mori, T., Nanostructured bulk thermoelectric materials for energy harvesting, in System-Materials Nanoarchitectonics, Wakayama, Y. and Ariga, K. (eds), Tokyo: Springer, 2022, p. 199–231. https://doi.org/10.1007/978-4-431-56912-1_13
  3. Okhay, O. and Tkach, A., Metal Oxide Based Thermoelectric Materials, In Optical Properties of Metal Oxide Nanostructures, Kumar, V., Ayoub, I., Sharma, V., Swart, H.C. Eds, Singapore: Springer 2023, vol. 26, p. 399–430. https://doi.org/10.1007/978-981-99-5640-1_13
  4. Zhu, L., Li, H., Chen, S., Tian, X., Kang, X., Jiang, X., and Qiu, S., Optimization analysis of a segmented thermoelectric generator based on genetic algorithm, Renewable Energy, 2020, vol. 156, p. 710. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.04.120
  5. Штерн, М.Ю. Многосекционные термоэлементы, преимущества и проблемы их создания. Физика и техника полупроводников. 2021. Т. 55. № 12. С. 1105. doi: 10.21883/FTP.2021.12.51690.02. [Shtern, M.Y., Multi-section thermoelements, advantages and problems of their creation, Semiconductors, 2022, vol. 56, no. 4, p. 2098.] https://doi.org/10.21883/SC.2022.14.53847.02
  6. Ouyang, Z. and Li, D., Design of segmented high-performance thermoelectric generators with cost in consideration, Appl. Energy, 2018, vol. 221, p. 112. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.03.106
  7. Zhu, Y., Newbrook, D. W., Dai, P., Liu, J., de Groot, C. K., and Huang, R., Segmented thermoelectric generator modelling and optimization using artificial neural networks by iterative training, Energy and AI, 2023, vol. 12, ID100225. https://doi.org/10.1016/j.egyai.2022.100225
  8. Shtern, M., Rogachev, M., Shtern, Y., Gromov, D., Kozlov, A., and Karavaev, I., Thin-film contact systems for thermocouples operating in a wide temperature range, J. Alloys and Compounds, 2021, vol. 852, p. 156889.
  9. Zhu, L., Sun, D., Li, X., Liu, W., Huang, J., Liang, C., & Hu, X., Electroless plating of iron-group metals and electrochemical comparison for thermoelectric contacts, Solid State Sciences, 2024, vol. 154, p. 107613(1)-107613(7).
  10. Громов, Д.Г., Штерн, Ю.И., Рогачев, М. С. и др. Mo/Ni и Ni/Ta–W–N/Ni тонкопленочные контактные слои для межсоединений термоэлементов на основе (Bi, Sb)2Te3. Неорган. материалы. 2016. Т. 52. № 11. С. 1206. [Gromov, D.G., Shtern, Y.I., Rogachev, M.S., et al., Mo/Ni and Ni/Ta–W–N/Ni thin-film contact layers for (Bi, Sb)2Te3-based intermediate-temperature thermoelectric elements, Inorg. Mater., 2016, vol. 52, p. 1132.] https://doi.org/10.1134/S0020168516110030
  11. Zhang, Z., Gurtaran, M., and Dong, H., Low-Cost Magnesium-Based Thermoelectric Materials: Progress, Challenges, and Enhancements, ACS Appl. Energy Mater., 2024, vol. 7, no. 14, p. 5629. https://doi.org/10.1021/acsaem.4c00961
  12. Ouyang, Z., Modelling of segmented high performance thermoelectric generators with effects of thermal radiation, electrical and thermal contact resistances, Scientific reports, 2016, vol. 6, p. 1.
  13. Arai, K., Matsubara, M., Sawada, Y., Sakamoto, T., Kineri, T., Kogo, Y., Iida, T., and Nishio, K., Improvement of Electrical Contact Between TE Material and Ni Electrode Interfaces by Appli-cation of a Buffer Layer, J. electronic materials, 2012, vol. 41, no. 6, p. 1771.
  14. Gupta, R. P., Xiong, K., White, J. B., Cho, K., Alshareef, H. N., and Gnade, B. E., Low resistance ohmic contacts to Bi2Te3 using Ni and Co metallization, J. Electrochem. Soc., 2010, vol. 157, no. 6, p. H666. https://doi.org/10.1149/1.3385154
  15. Asgari, M., Darband, G. B., and Monirvaghefi, M., Electroless deposition of Ni-W-Mo-Co-P films as a binder-free, efficient and durable electrode for electrochemical hydrogen evolution, Electrochim. Acta, 2023, vol. 446, ID142001.
  16. Lide, D. R., Handbook of Chemistry and Physics CRC Press LLC, 2004, vol. 85, Section 16, p. 2052.
  17. Мельников, П.С. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении. М.: Машиностроение, 1991. 384 с. [Melnikov, P.S., Hanbook of electroplating in mechanical engineering, Moscow: Mechanical engineering, 1991. 384 с.]
  18. Штерн, М.Ю. Наноструктурированные термоэлектрические материалы для температур 200–1200 К, полученные искровым плазменным спеканием. Изв. вузов. Электроника. 2022. Т. 27. № 6. С. 695. [Shtern, M. Yu., Nanostructured thermoelectric materials for temperatures of 200–1200 K obtained by spark plasma sintering, Semiconductors, 2023, vol. 56, no. 13, p. 437.] https://doi.org/10.24151/1561-5405-2022-27-6-695-706
  19. Zoui, M. A., Bentouba, S., Stocholm, J. G., and Bourouis, M., A review on thermoelectric generators: Progress and applications, Energies, 2020, vol. 13, no. 14, p. 3606. https://doi.org/10.3390/en13143606
  20. Zhu, X., Cao, L., Zhu, W., and Deng, Y., Enhanced interfacial adhesion and thermal stability in bismuth telluride/nickel/copper multilayer films with low electrical contact resistance, Adv. Mater. Interfaces, 2018, vol. 5, no. 23, ID1801279. https://doi.org/10.1002/admi.201801279
  21. Shtern, M.Y., Karavaev, I.S., Shtern, Y.I., Kozlov, A.O., and Rogachev, M.S., The surface preparation of thermoelectric materials for deposition of thin-film contact systems, Semiconductors, 2019, vol. 53, no. 13, p. 1848. https://doi.org/10.1134/S1063782619130177
  22. Штерн, М.Ю., Караваев, И.С., Рогачев, М.С., Штерн, Ю.И., Мустафоев, Б.Р., Корчагин, Е.П., Козлов, А.О. Методики исследования электрического контактного сопротивления в структуре металлическая пленка – полупроводник. Физика и техника полупроводников. 2022. Т. 56. № 1. C. 1097. [Shtern, M.Y., Karavaev, I.S., Rogachev, M.S., Shtern, Y.I., Mustafoev, B.R., Korchagin, E.P., and Kozlov, A.O., Methods for investigation of the electrical contact resistance in a metal film/semiconductor structure, Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov, 2022, vol. 56, no. 1, p. 31.] https://doi.org/ 10.21883/FTP.2022.01.51808.24
  23. Xia, H., Drymiotis, F., Chen, C. L., Wu, A., and Snyder, G. J., Bonding and interfacial reaction between Ni foil and n-type PbTe thermoelectric materials for thermoelectric module applications, J. Mater. Sci., 2014, no. 49, p. 1716.
  24. Zhu, X., Cao, L., Zhu, W., and Deng, Y., Enhanced interfacial adhesion and thermal stability in bismuth telluride/nickel/copper multilayer films with low electrical contact resistance, Adv. Mater. Interfaces, 2018, vol. 5, no. 23, ID1801279. https://doi.org/10.1002/admi.201801279
  25. Song, J., Kim, Y., Cho, B. J., Yoo, C. Y., Yoon, H., and Park, S. H., Thermal diffusion barrier metallization based on Co–Mo powder-mixed composites for n-type skutterudite ((Mm, Sm) yCo4Sb12) thermoelectric devices, J. Alloys and Compounds, 2020, vol. 818, ID152917. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152917
  26. Zhang, H., Wei, P., Zhou, C., Li, L., Nie, X., Zhu, W., and Zhao, W., Improved contact performance and thermal stability of Co–Ni alloy barrier layer for bismuth telluride-based thermoelectric devices, J. Mater. Sci.: Materials in Electronics, 2024, vol. 35, no. 10, p. 727. https://doi.org/10.1007/s10854-024-12490-y
  27. Liu, W. and Bai, S., Thermoelectric interface materials: a perspective to the challenge of thermoelectric power generation module, J. Materiomics, 2019, vol. 5, no. 3, p. 321. https://doi.org/10.1016/j.jmat.2019.04.004

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».