| Название: | Исследование эффекта генерации электродвижущей силы в полупроводниковых материалах с переменной валентностью на основе сульфида самария и возможности его использования для целей прямого преобразования тепловой энергии в электрическую |
| Грантодатель: | РФФИ |
| Область знаний: | 08 - ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК |
| Научная дисциплина: | 08-305 Проблемы получения, преобразования и передачи электроэнергии 08-402 Возобновляемые источники и системы прямого преобразования энергии |
| Ключевые слова: | электронная оболочка, переменная валентность, генерация, электродвижущая сила, электрическая энергия, тепловая энергия, экситон, редкоземельный полупроводник, сульфид самария, преобразователь |
| Время действия проекта: | 2007-2009 |
| Тип: | исследовательский |
| Руководитель(и): | Каминский,ВВ |
| Подразделения: | |
| Код проекта: | 07-08-00289 |
| Финансирование 2007 г.: | 360000 |
| Исполнители: |
Васильев,ЛН: лаб. физики редкоземельных полупроводников (Соловьева,СМ)
Голубков,АВ: лаб. физики редкоземельных полупроводников (Соловьева,СМ)
Дидик,ВА: лаб. диффузии и дефектообразования в полупроводниках (Заморянской,МВ)
Казанин,ММ: лаб. физики редкоземельных полупроводников (Соловьева,СМ)
Каменская,ГА: лаб. физики редкоземельных полупроводников (Соловьева,СМ)
Павлов,ИВ: лаб. физики редкоземельных полупроводников (Соловьева,СМ)
Романова,МВ: лаб. физики редкоземельных полупроводников (Соловьева,СМ)
Соловьев,СМ: None
Шаренкова,НВ : лаб. физики редкоземельных полупроводников (Соловьева,СМ)
|
С 70-х годов прошедшего столетия начало интенсивно развиваться новое направление в физике твердого тела - исследование редкоземельных соединений (4f-электронных систем), в частности, редкоземельных полупроводников. Оказалось, что эти материалы обладают необычными, а иногда уникальными физическими свойствами. Такие свойства продолжают обнаруживаться и в настоящее время. В 1999 г. при исследовании электрических свойств сульфида самария (SmS) нами обнаружен новый эффект, заключающийся в генерации образцом при однородном его нагреве до Т ~ 150 - 170 ^{о}С электродвижущей силы (ЭДС), достигавшей в отдельных экспериментах величины 50 - 80 мВ [М.М.Казанин, В.В.Каминский, С.М.Соловьев \"Аномальная термоэдс в моносульфиде самария\", ЖТФ, 2000, т. 70, ь 5, с. 136-138]. Исследования показали, что природа эффекта связана с изменением валентности дефектных ионов самария, находящихся в вакансиях подрешётки серы: Sm^{2+} ==> Sm^{3+} + e^{-}. При этом электрон с незаполненной 4-f оболочки переходит в зону проводимости и создаются большие локальные концентрации носителей заряда. В процессе этих исследований нами была обнаружена новая, гораздо более мощная генерация ЭДС, начинающаяся при температурах ~ 400 ^{о}С и имеющая место даже при выключении внешнего нагрева (0.5 - 0.6 В в течение 12 минут). При этом высокая температура системы образец-среда поддерживалась за счет самопроизвольного разогрева образца. Генерация представляла собой огибающую совокупности большого числа отдельных импульсов [В.В.Каминский, С.М.Соловьев, А.В.Голубков \"Генерация электродвижущей силы при однородном нагреве полупроводниковых образцов моносульфида самария\", Письма в ЖТФ, 2002, т.28, в. 6, с. 29-34]. В дальнейших экспериментах максимальная величина гемерируемой ЭДС превышала 5 В. Природа этого явления связывается нами предположительно с коллективными эфектами при переходах электронов не с дефектных ионов Sm^{2+}, а с возбуждённых (экситонных) состояний 4f- электронов ионов самария, расположенных в узлах кристаллической решётки, в зону проводимости. Наблюдаемое увеличение на порядок величины генерируемой ЭДС и мощности связано с тем, что концентрация примесных уровней в SmS~10^{20} см^{-3} , а концентрация эситонных состояний ~10^{21} см ^{-3}. Оцененная из экспериментальных данных величина КПД такого преобразования составила 30 - 47% [V.V. Kaminski, L.N. Vasil\'ev, M.M. Kazanin, S.M. Solob\'ev, A.V. Golubkov, \"Electromotive force generation in SmS based nanostructures\", Nanotechnologies in the aria of physics, chemistry and biotechnology Fifth ISTC SAC Seminaaar St.-Petersburg Russia May 27-29 2002 p.p. 131-134]. Планируется провести исследование возможности использования обнаруженного эффекта для преобразования тепловой энергии в электрическую. Будут исследованы физические особенности эффекта в различных полупроводиках на основе SmS и изготовлен макет преобразователя тепловой энергии в электрическую.
