Найден способ устранить хрупкость перспективного материала для энергетики
Группа ученых из Сколтеха, Университета имени Давида Бен-Гуриона в Негеве, Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН и других научных организаций изучили влияние различных видов дефектов на механическое поведение термоматериала на основе теллурида свинца (PbTe). Вещество широко применяется в качестве термоэлектрика, обладает высокой эффективностью преобразования тепла в электричество, но одной из ключевых проблем остается его повышенная хрупкость, что существенно ограничивает практическое применение.
Результаты опубликованы в Journal of Materials Chemistry A. В теллуриде свинца встречается три основных типа дефектов: замещения атомов, переход одного элемента на позицию другого и образование пустот (вакансий) при отсутствии в структуре отдельных атомов теллура или свинца. В первом случае атомы свинца или теллура случайным образом замещаются на другие элементы (например, натрий или висмут). Цель таких замен — изменить электрические свойства материала, чтобы повысить эффективность работы устройства. Однако такая замена влияет еще и на механическую прочность материала.
Когда новый атом отличается от старого количеством электронов, то возникает избыток или недостаток электронов, что влияет на способность материала пропускать электрический ток. Таким образом, возникают два возможных варианта проводимости: n-типа, когда преобладают свободные электроны, и p-типа, когда доминируют положительно заряженные носители заряда — дырки.
«Теллурид свинца — очень перспективный материал, но проблема заключается в том, что для электроники лучшим является p-тип, а его механические свойства хуже. Наша задача — найти способ улучшить эти свойства p-допированного теллурида свинца. В статье мы показали, как на это можно воздействовать внутренними дефектами материала. Такой подход открывает перспективы для разработки эффективных термоэлектриков нового поколения, сочетающих высокую эффективность преобразования энергии с улучшенными эксплуатационными характеристиками», — прокомментировал первый автор работы Илья Чепкасов, старший научный сотрудник Проектного центра по энергопереходу Сколтеха.
Авторы изучили механизмы изменения механических характеристик материала путем введения специфических дефектов, включая различные виды заместителей, вакансии и междоузельные включения. Авторы использовали комплекс современных методов теоретического моделирования, включающих расчеты с использованием теории функционала плотности, методику анализа химического связывания методом Crystal Orbital Hamilton Populations (COHP), а также компьютерные симуляции деформации с применением моделей взаимодействия между атомами на основе глубокого обучения.
«Наши расчеты показывают значительное увеличение хрупкости материала, легированного натрием (p-тип), при наличии вакансий теллура, которые являются внутренними дефектами в теллуриде свинца. Аналогичная ситуация наблюдается при совместном присутствии междоузельных включений серебра и меди (n-тип) совместно с вакансиями свинца», — поделился результатами профессор Проектного центра по энергопереходу Сколтеха Александр Квашнин, соавтор работы.
Ключевым фактором, влияющим на хрупкость и пластичность легированного теллурида свинца с разными типами дефектов, является избыток или недостаток электронной плотности на химических связях внутри PbTe. Симуляции с использованием нейросетевых моделей глубокого обучения выявили оптимальные механизмы настройки, направленные на улучшение механических свойств легированного материала. Так, материал, легированный натрием, можно сделать более пластичным с помощью добавления вакансий свинца и замещения части свинца на теллур.
Результаты вносят важный вклад в разработку высокопроизводительных термоэлектрических генераторов на основе теллурида свинца и направлены на разрешение его основного ограничения — повышенной механической хрупкости.
Telegram 
Дзен 
VK В позднеантичном Риме императорским указом мужчинам запретили носить длинные волосы. Автор нового исследования пришел к выводу, что введение этого запрета объяснялось необходимостью сохранения римской идентичности в условиях усиливающегося распада империи и нарастающего торжества варваров.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
Коллектив российских ученых из Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН и МФТИ впервые детально описал синоптическую изменчивость плюма реки Печоры, который формируется в юго-восточной части Баренцева моря, называемой Печорским морем. Исследование показало, что эта опресненная водная масса способна резко разрастаться до площади 55 тысяч квадратных километров (более 60 процентов всего Печорского моря) не только во время весеннего половодья, когда речной сток максимален, но и в любой месяц лета, при условии что на нее воздействует ветер подходящего направления и скорости. Более того, ученые зафиксировали два редких, но регулярных явления: «линзы» пресной воды, отсоединившиеся от основного плюма, которые дрейфуют на сотни километров к Новой Земле, и частые затоки печорских вод в Карское море через пролив Карские Ворота.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
В позднеантичном Риме императорским указом мужчинам запретили носить длинные волосы. Автор нового исследования пришел к выводу, что введение этого запрета объяснялось необходимостью сохранения римской идентичности в условиях усиливающегося распада империи и нарастающего торжества варваров.
Авторы нового исследования выяснили, что жители каменного века начали целенаправленно менять окружающую среду в южной части Норвегии задолго до появления земледелия. Приблизительно 7000 лет назад они переселили рыбу в одно из горных озер и таким образом создали новый источник пищи, а затем построили сложную систему ловушек, которая прослужила не одно столетие.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Видеосервисы стали неотъемлемой частью жизни россиян. В 2026 году охваты большинства платформ продолжают расти, в том числе YouTube.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно